Origine évolutive de la bio-minéralization chez les vertébrés : contributions de la biologie squelettique et développementale des chondrichthyens

Evolutionary origin of bio-mineralization in vertebrates : contributions from chondrichthyan skeletal and developmental biology

• Auteur / Autrice : Nicolas Leurs
• Direction : Mélanie Debiais-Thibaud, Camille Martinand-Mari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'évolution et de la Biodiversité
• Date : Soutenance le 18/11/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Delsuc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mélanie Debiais-Thibaud, Camille Martinand-Mari, Frédéric Delsuc, Didier Casane, Paul Eckhard Witten, Sophie Pantalacci, Donald Davesne, Camille Berthelot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Didier Casane, Paul Eckhard Witten

Mots clés

Mots clés contrôlés

Squelette

Chondrichthyens

Mots clés libres

RNAseq

Squelettogenèse

Requin

Evo-Dévo

Chondrichthyen

RNAseq

Evo-Devo

Shark

Chondrichthyan

Skelettogenesis

Résumé

Les poissons osseux présentent un squelette se développant principalement sous la forme de cartilage, localement remplacé par du tissu osseux endochondral. Les poissons cartilagineux, eux, présentent un squelette de nature cartilagineuse, localement minéralisé selon diverses modalités dont certaines sont des innovations évolutives propres à cette lignée (le cartilage prismatique, par exemple). Les cellules associées à ces tissus sont donc capables de biominéralisation par précipitation de phosphate de calcium, une propriété qui semble limitée au groupe des vertébrés. Au cours de cette thèse, je me concentre sur la génétique du développement de la minéralisation du squelette chez un poisson cartilagineux : la petite roussette (Scyliorhinus canicula). Je décris en détail les facteurs génétiques putatifs qui sous-tendent le processus de minéralisation, et je le fais par deux approches : par l'étude de gènes candidats et par la transcriptomique. Cela me permet de mieux caractériser l'ensemble des outils de minéralisation chez les chondrichtyens, de sorte que par une analyse comparative, un état ancestral pour les vertébrés à mâchoire peut être déduit, au moins partiellement. Tout d'abord, à travers l'approche par gènes candidats, je teste le niveau de conservation concernant des gènes connus par leur association à la minéralisation chez les poissons osseux. Ensuite, je décris comment j'ai utilisé les données génomiques et transcriptomiques récemment générées chez la petite roussette pour étudier les gènes intrinsèques exprimés spécifiquement dans les tissus minéralisants. Ces deux approches me permettent de détecter des gènes intéressants qui sont ensuite étudiés à travers des analyses phylogénétiques, de quantification/localisation de l'expression dans les tissues, ainsi que des analyses comparatives avec les poissons osseux (lorsque cela est possible). Dans la dernière partie, je présente deux articles en préparation qui résultent du travail que nous avons réalisé avec l'aide de deux étudiants de master. Ces articles sont issus d'une approche gène candidat mais concernent des familles de gènes étendues et dans un effort d'inclure tous les paralogues, les articles s'orientent vers un cadre d'évolution moléculaire plutôt qu'un cadre Evo-Devo.

Bony fish display a skeleton that develops mainly as cartilage, locally replaced by endochondral bone tissue. Cartilaginous fish, however, have a cartilaginous skeleton, locally mineralized in various ways, some of which are evolutionary innovations specific to this lineage (prismatic cartilage, for instance). The cells associated with these tissues are thus capable of biomineralization by precipitation of calcium phosphate, a property that seems to be limited to the vertebrate clade. In this thesis, I focus on the genetics of skeletal mineralization development in a cartilaginous fish: the small-spotted catshark (Scyliorhinus canicula). I describe in detail the putative genetic factors underlying the mineralization process, and I do so through two approaches: through candidate gene studies and through transcriptomic studies. This allows me to better characterize the set of genetic mineralization tools in chondrichthyans, so that through comparative analysis, an ancestral state for jawed vertebrates can be inferred, at least partially. First, through the candidate gene approach, I test the level of conservation regarding genes known to be associated with mineralization in bony fish. Second, I describe how I used recently generated genomic and transcriptomic data in the small-spotted catshark to study intrinsic genes specifically expressed in mineralizing tissues. These two approaches allow me to detect interesting genes that are then studied through phylogenetic analyses, quantification/localization of expression in tissues, as well as comparative analyses with bony fish (when possible). In the last part, I present two papers in preparation that result from the work we have done with the help of two master students. These papers stem from a candidate gene approach but involve large gene families and in an effort to include all paralogs, the papers move towards a molecular evolutionary framework rather than an Evo-Devo framework.