BERERD Sophie
Doctorant : BAH
Université Lyon 1
CNRS, UMR 5023 - LEHNA,
Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés
6, rue Raphaël Dubois - Bât. Forel
F-69622 Villeurbanne Cedex FRANCE
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Ma thèse s’inscrit dans les domaines de l’écologie évolutive et l’écophysiologie et s’intéresse au conflit nucléocytoplasmique et à la stérilité mâle cytoplasmique chez le gastéropode hermaphrodite d’eau douce Physa acuta.
Des conflits génétiques peuvent exister au sein des organismes vivants car des gènes, pour maximiser leur transmission, peuvent suivre différentes stratégies. Ceci est à l’origine d’une asymétrie de transmission entre le génome nucléaire, hérité par les deux sexes, et le génome mitochondrial, transmis par un seul sexe (généralement femelle), générant un conflit génétique où les intérêts évolutifs des deux génomes s’opposent (i.e. conflit nucléocytoplasmique). Ainsi au sein d’un organisme hermaphrodite, ce conflit nucléocytoplasmique peut entrainer une stérilisation de la fonction mâle favorisant la fitness du génome mitochondrial, phénomène appelé stérilité mâle cytoplasmique (SMC). La SMC a été largement mise en évidence chez les Angiospermes (54% des familles) où des individus hermaphrodites ont leur fonction mâle stérilisée par des lignées mitochondriales spécifiques et deviennent fonctionnellement femelles (ils sont alors nommés mâles-stériles).
David et collaborateurs (2022) ont récemment rapporté la première observation de stérilité mâle cytoplasmique, résultant d’un conflit nucléocytoplasmique, chez le gastéropode hermaphrodite d’eau douce Physa acuta. La stérilité mâle cytoplasmique observée chez certains individus est associée à un génome mitochondrial extrêmement divergent (nommé mitotype D) par rapport au génome mitochondrial classiquement décrit (noté mitotype N). Contrairement aux individus porteurs du mitotype N qui sont hermaphrodites, les individus porteurs du mitotype D sont mâles-stériles (peu ou pas de production de spermatozoïdes) avec une fonction reproductive femelle fonctionnelle. Une troisième lignée mitochondriale (appelée mitotype K) a été découverte plus récemment et se révèle également très divergente, aussi bien par rapport au mitotype N que D. A l’inverse du mitotype D, les individus porteurs du mitotype K sont hermaphrodites grâce à une restauration de la fonction reproductive mâle par des gènes nucléaires. Dans les populations naturelles, les individus mâles-stériles / fonctionnellement femelle coexistent et se reproduisent avec des individus hermaphrodites.
L’objectif général de mon projet de thèse est d’étudier les conséquences du conflit nucléocytoplasmique découvert chez Physa acuta à trois échelles différentes. Ce projet s’articule autour de trois axes ayant pour objectifs de (i) déterminer les conséquences du conflit nucléocytoplasmique et les effets de l’environnement (température et prédation) à l’échelle phénotypique, (ii) d’étudier la répartition géographique des mitotypes et la dynamique évolutive de la stérilité mâle cytoplasmique à l’échelle populationnelle et (iii) d’identifier les conséquences physiologiques, et plus précisément métaboliques, à l’origine de la stérilité mâle cytoplasmique.
Ref. : David, P., Degletagne, C., Saclier, N., Jennan, A., Jarne, P., Plénet, S., Konecny, L., François, C., Guéguen, L., Garcia, N., Lefebure, T., & Luquet, E. (2022). Extreme mitochondrial DNA divergence underlies genetic conflict over sex determination. Current biology : CB. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.014
My thesis fields of study are evolutionary ecology and ecophysiology and focuses on nucleocytoplasmic conflict and cytoplasmic male sterility in the hermaphrodite freshwater snail Physa acuta.
Genomes within an individual can be in conflict, in particular between genomic compartments with different modes of transmission and divergent genetic interests, such as nuclear genes inherited by both sexes and mitochondrial genes generally transmitted maternally (i.e. nucleocytoplasmic conflict). Thus within a hermaphrodite organism, this nucleocytoplasmic conflict can lead to sterilization of the male function favoring the fitness of the mitochondrial genome, a phenomenon called cytoplasmic male sterility (CMS). CMS has been widely demonstrated in Angiosperms where hermaphroditic individuals have their male function sterilized by specific mitochondrial lineages and become functionally female (they are called male-sterile).
David and al (2022) recently reported the first observation of cytoplasmic male sterility, resulting from a nucleocytoplasmic conflict, in the hermaphrodite freshwater snail Physa acuta. In this species, CMS is associated with a highly divergent mitochondrial genome (called mitotype D) compared to the classically described mitochondrial genome (named mitotype N). Unlike N individuals who are hermaphrodites, D individuals are male-sterile (almost to no sperm production) with a functional female reproductive function. A third mitochondrial lineage (called mitotype K) was discovered more recently and also turns out to be very divergent, both from N and D. Unlike mitotype D, K individuals are hermaphrodites thanks to a restoration of male reproductive function by nuclear genes. In natural populations, male-sterile / functionally female individuals coexist and reproduce with hermaphrodite.
The aim of my thesis is to study the consequences of nucleocytoplasmic conflict discovered in Physa acuta at three different scales. This is structured around three axes with the objectives of (i) determining the consequences of nucleocytoplasmic conflict and the effects of the environment (temperature and predation) at the phenotypic scale, (ii) studying the geographical distribution of mitotypes and the evolutionnary dynamics of CMS at the population scale and (iii) to identify the physiological, and more precisely the metabolic, consequences at the origin of CMS.
Ref. : David, P., Degletagne, C., Saclier, N., Jennan, A., Jarne, P., Plénet, S., Konecny, L., François, C., Guéguen, L., Garcia, N., Lefebure, T., & Luquet, E. (2022). Extreme mitochondrial DNA divergence underlies genetic conflict over sex determination. Current biology : CB. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.014
