A plusieurs, on est meilleur : du rôle des duplications dans l’adaptation aux insecticides chez les moustiques.

Better together : the role of duplications in adaptation to insecticides in mosquitoes.

• Auteur / Autrice : Jean Loup Imbert Claret
• Direction : Pierrick Labbé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 21/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Carole Smadja
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Lerat, Claire Mérot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe David, Julien Varaldi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génomique

Génome

Mots clés libres

Duplication de gène

Génomique de d'adaptation

Evolution parallèle

Dynamique du génome

Gene duplications

Adaptation genomics

Parallel evolution

Genome Dynamics

Résumé

Les duplications sont des variants structuraux à l'origine d’une importante source de diversité génétique sur laquelle la sélection naturelle peut agir. Un exemple contemporain de duplications adaptatives est largement étudié chez les moustiques. Suite à l’utilisation à large échelle d’insecticides, une mutation ponctuelle du gène ace-1 (allèle R) s’est rapidement propagée dans plusieurs espèces de moustiques, où elle est apparue indépendamment. L’allèle (R) permet la résistance à ces insecticides, mais est très délétère en leur absence par rapport à l'allèle sensible (S). Des allèles dupliqués associés à un large éventail de phénotypes représentant différents compromis de valeur sélective ont été découverts: des duplications homogènes associant plusieurs copies R, et des duplications hétérogènes liant des copies R et S, ou allèles D. Nous avons étudié ces allèles en parallèle dans deux complexes d’espèces très divergents (~145 Ma, 1G générations), Culex pipiens s.l. et Anopheles gambiae s.l.. Grâce à un jeu de données inédit, nous avons caractérisé de nombreuses structures génomiques à l’échelle mondiale chez Cx. pipiens s.l., tandis que nous avons mis en évidence dans des populations sauvages d’An. gambiae s.l. un fort polymorphisme d’allèles D partageant tous une même structure génomique. Nos résultats soulignent l’évolution parallèle de ces complexes d’espèces face à la pression de sélection des insecticides, les mêmes types de duplications engendrant des phénotypes similaires. Ces travaux, dont certains restent en cours, nous ont permis de mieux comprendre l’origine de la diversité et le rôle adaptatif de ces duplications, et ont posé les premiers jalons pour comprendre l'impact de leur sélection sur la diversité génomique à différentes échelles.

Duplications are structural variants at the origin of an important genetic diversity upon which natural selection can act. A contemporary example of adaptive duplications is studied in mosquitoes. Following the massive use of insecticides, a point mutation in the ace-1 gene (R allele) quickly spread in several mosquito species, where it appeared independently. This allele (R) allows resistance to these insecticides, but is highly deleterious in their absence compared to the susceptible one (S). Duplicated alleles associated with a wide range of phenotypes representing different fitness trade-offs were discovered: homogeneous duplications associating several R copies, or heterogeneous duplications linking R and S copies, or D alleles. We studied the parallel evolution of these alleles in two species complexes that diverged ~145 Ma, Culex pipiens s.l. and Anopheles gambiae s.l. Using an unprecedented dataset, we characterised numerous genomic structures on a global scale in Cx. pipiens s.l., and evidenced in wild populations of An. gambiae s.l. a high polymorphism of D alleles, all sharing the same genomic structure. These results highlight the convergent response in both species complexes to face the same insecticide selection pressure, where the same types of duplications generate similar phenotypes. This work, some of which remains in progress, has allowed us to better understand the origin of diversity and the adaptive role of these duplications, and has paved the road for understanding the impact of their selection on genomic diversity at different scales.