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Rôle et évolution de facteurs de virulence impliqués dans une interaction hôte-parasitoïde, Role and evolution of virus genes involved in a host-parasitoid interaction

De
172 pages
Sous la direction de Jean-Michel Drezen, Elisabeth Huguet
Thèse soutenue le 08 décembre 2008: Tours
Les symbioses, en permettant l’acquisition de nouvelles fonctions, ont joué un rôle majeur dans l’évolution des organismes. Cette thèse, vise à comprendre les mécanismes moléculaires et évolutifs qui font des polydnavirus des symbiontes indispensables au succès parasitaire de guêpes parasitoïdes. Pour cela, nous avons étudié l’évolution des gènes viraux et les fonctions physiologiques potentiellement ciblées chez l’hôte. Nous avons montré que l’évolution des gènes viraux était caractérisée par des duplications et une divergence rapide, et répondait à des pressions de sélection positive. Chez l’hôte, nous avons montré que des protéases à cystéine, potentiellement ciblées par des gènes viraux, étaient régulées au cours du parasitisme au niveau de la transcription et de la traduction, suggérant que ces protéines doivent jouer un rôle important au cours du parasitisme. Il reste maintenant à déterminer quelle est la fonction de ces protéines et leur influence sur l’évolution des gènes viraux.
-Evolution moléculaire
Symbioses have largely contributed to the evolution of species by providing new functions enabling niche colonization. Here, our aim was to study the molecular evolution of virulence factors encoded by polydnaviruses engaged in a mutualist association with parasitoid wasps and which are essential for parasitism success. We studied both PDV genes and their Lepidopteran host targets to determine how these genes evolved and the host functions targeted. We showed that natural selection has largely contributed to the evolution of cystatin and protein-tyrosine- phosphatase viral genes. 3D structure modelling showed that selection acted in cystatin active sites. Moreover, we underlined the dynamic evolution of PDV genes mainly explained by gene duplication processes. In the host, potential cystatin targets, cysteine proteases, were shown to be regulated during parasitism both at the gene and the protein level. These results emphasized the important role played by these proteins against invaders. To understand both evolutionary and mechanistic processes involved in this interaction, it is now necessary to determine the function of cysteine proteases and to study how virus gene evolution could be shaped by host defence factors.
Source: http://www.theses.fr/2008TOUR4020/document
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UNIVERSITÉ FRANÇOIS - RABELAIS
DE TOURS
ÉCOLE DOCTORALE : Santé, Sciences, Technologies
INSTITUT de RECHERCHE sur le BIOLOGIE de l’INSECTE
THÈSE présentée par :
Céline SERBIELLE
soutenue le : 8 décembre 2008
pour obtenir le grade de : Docteur de l’université François - Rabelais
Discipline/ Spécialité : Sciences de la vie
Rôle et évolution de facteurs de virulence
impliqués dans une interaction
hôte-parasitoïde
THÈSE dirigée par :
Mr DREZEN Jean-Michel Chargé de recherche, CNRS, Tours
et co-encadrée par :
Mme HUGUET Elisabeth Maître de conférences, Université de Tours
RAPPORTEURS :
Mr CASANE Didier Professeur, Université de Paris 7
Mr MITTA Guillaume Professeur, Université de Perpignan
JURY :
Mr CASANE Didier Professeur, Université de Paris 7
Mr DREZEN Jean-Michel Chargé de Recherche, CNRS, Tours
Mme HUGUET Elisabeth Maître de conférences, Université de Tours
Mr JIGGINS Francis Professeur, Université d’Edimbourg, Ecosse
Mr MITTA Guillaume Professeur, Université de Perpignan
Mme POIRIE Marylène Professeur, Université de Nice-Sophia Antipolis
Mr RASSCHAERT Denis Professeur, Université de ToursDes mercis…

Je voudrais en premier lieu m’adresser aux membres du jury: Didier Casane,
Francis Jiggins, Guillaume Mitta, Marylène Poirié et Denis Rasschaert pour les
remercier d’avoir accepté de lire et évaluer ce travail.

Je remercie également mes directeurs de thèse Elisabeth Huguet et Jean-Michel
Drezen sans qui ce travail n’aurait pu voir le jour.
Elisabeth, tu es une personne d’exception, merci pour ton encadrement sans
relâche, ton engouement et ta gentillesse. Tes grandes qualités de scientifique et de
pédagogue m’ont amené à toujours plus de rigueur et de précision dans mon travail.
Que d’histoires racontées et racontées encore dont les personnages principaux, gènes
ou protéines, me paraissaient si lointains il y a à peine trois ans.
Jean-Michel, nos discussions m’ont constamment enrichie de nouvelles
connaissances ; Grand scientifique et passionné, je vante vos qualités de directeur de
recherche mais il faut quand même que vous compreniez que l’on ne peut pas tout
faire !
Merci à vous deux d’avoir eu le désir de m’accompagner tout au long de cette
thèse ; je suis très heureuse d’avoir partagé ces trois années avec vous et très fière de
vous avoir eu comme directeurs.

Bien sûr je remercie l’ensemble de l’équipe génome et stratégie parasitaire, ce
fut un grand plaisir de travailler avec vous.
Catherine, je suis ravie de t’avoir connue et d’avoir partagé ton bureau... Au
moins pendant le temps que tu ne passais pas à repeupler la planète. Certains disent
que les français n’ont pas beaucoup d’autodérision, avec toi il vaut mieux en avoir !
Annie, merci pour tes précieux conseils et, malgré la montagne de travail que tu
dois abattre, d’accorder de ton temps pour aider tes collègues en détresse. Toutes
mes félicitations pour ton poste, Elisabeth ne s’est pas trompée en te recrutant.
Georges, vos petites attentions pour chacun et votre don d’adoucir les esprits
sont remarquables.
Sébastien, merci d’avoir toujours prêté une oreille attentive à mes questions, de
t’être intéressé à mon travail et d’avoir agrémenté le tout d’une bonne dose d’humour.
Juline, ta gentillesse, tes sourires et ton zen sont des denrées rares.
Faustine, encore toutes mes félicitations pour ton allocation, tu ne vas pas le
regretter et je te souhaite d’apprécier tes trois années de thèse autant que j’ai pu
apprécier les miennes.
Aurore, cela serait un plaisir si tu pouvais assister à ma thèse, je te montrerai
que les basques ne pleurent pas. Maxime, ma thèse est terminée, je dois m’y résoudre,
je n’ai pas changé le cours de l’histoire…
1
Bruno, Myriam et Karine, j’espère que vous allez vous plaire dans votre
nouvelle équipe mais je ne me fais pas de soucis.
Merci à Carole et Cindy de nous permettre de travailler sur ce modèle comme on
le désire et de nous faciliter le travail.

Je tiens aussi à remercier toutes les personnes qui ont participé aux différentes
parties de ce travail.
Merci à Stéphane Dupas, d’avoir toujours pris le temps de répondre à mes
questions et ce même à des milliers de kilomètres.
Merci à Gilles Lalmanach pour son enthousiasme et ses précieux conseils de
biochimiste, je dois maintenant vous avouer que je n’ai pas toujours tout suivi… Merci
d’avoir associé Forian Veillard à ce travail qui malgré sa thèse, a été d’un grand
soutien pour l’acquisition des données et leurs analyses.
Un grand merci à Elisabeth Herniou, pour m’avoir accueillie à l’Imperial College
et d’avoir rendu ces séjours très agréables. Merci d’avoir accepté de répondre avec
gentillesse et précision à mes innombrables mails. Grâce à toi, j’ai pu travailler avec
Donald Quicke qui m’a beaucoup appris notamment la rigueur, et Mark Shaw qui m’a
enseigné tout ce que je sais sur les Cotesia.
Enfin ce travail ne serait pas ce qu’il est si Emilien Volvoire et Maria Teresa
Claro n’avaient pas mis la main à la pâte
Je remercie bien entendu toutes les personnes qui m’ont accordé un peu de leur temps
pour relire ce manuscrit : Franck, Catherine et Marie.


Pour terminer, je remercie l’IRBI et en premier lieu Jérome Casas et Jean-Paul
Monge pour m’y avoir accueillie et pour leur gestion admirable de cet institut pas
comme les autres.
Un merci tout particulier à tous les membres de cet institut qui ont contribué au
plaisir que j’ai eu à venir travailler chaque jour. Christine, merci pour votre efficacité,
et Sonia, merci d’avoir accepté avec gentillesse et patience de faire le tri dans mes
missions…encore pardon de ne jamais t’avoir facilité la tâche.
Enfin l’IRBI ne serait pas ce qu’il est à mes yeux si Arnold, Wilfried, Sylvain,
Thomas, David, Elfie, Laurianne, Aurélie, Fabienne, Appolline, Franck, Marie, Simon et
Nadine n’en faisaient pas partie. Merci pour nos soirées diverses et variées. Je pense
aussi aux « assimilés » IRBI ; Aniça, François, Hervé et ma petite préférée Rebecca.
Merci pour votre gentillesse, vos singularités, vos engagements et bien sûr merci de
me faire rire. Je passe un message personnel à Fabienne : mission accomplie, nous
avons gardé nos « on », nos « in » et nos « an », nous pouvons être fières de nous !
Laurianne, ce fut un grand plaisir de partager avec toi cette dernière année
dans notre petit palace. Tu as été là pour cette fin de thèse pas toujours facile, merci
de m’avoir épaulée, conseillée, rassurée…et surtout nourrie !

2
Enfin, je rends hommage aux amis de longue et de moins longue date pour ce
qu’ils sont tout simplement. Vivement qu’on fête ça ensemble !
Mention spéciale à ma famille, mes parents qui se débrouillent toujours par je
ne sais quel miracle à me remettre sur pied, à mon frère pour son soutien depuis les
quatre coins du globe et mes sœurs Nathalie et Vanessa qui me laissent jouer à la
grande sœur. J’associe tout naturellement Cécile et Anelise mes autres sœurs comme
on dit !
Mes pensées s’adressent à Frédo…celui qui sait…


3
Chapitre I


3
Chapitre I
Résumé
Les associations mutualistes, en permettant l’acquisition de nouvelles fonctions, ont joué
un rôle majeur dans l’évolution des espèces. Pour comprendre en quoi ces associations sont
impliquées dans l’adaptation des espèces nous avons étudié un cas unique de mutualisme
associant un virus de type polydnavirus et une guêpe parasitoïde. Dans cette association, le virus
est injecté dans l’hôte lépidoptère lors de l’oviposition et joue un rôle majeur dans le succès
parasitaire en induisant une altération des fonctions physiologiques de l’hôte. En regard du
nombre d’espèces de guêpes caractérisées par cette association, le virus doit constituer une
innovation adaptative majeure et jouer un rôle déterminant dans l’évolution et la diversification
des espèces de guêpes.

En quoi cette association joue t(elle un rôle déterminant dans l’évolution et l’adaptation
des guêpes ? Quelles sont les fonctions physiologiques ciblées chez l’hôte ?
Pour répondre à ces questions nous avons étudié l’évolution de deux familles de gènes codant
pour des facteurs de virulence potentiels et nous avons exploré les fonctions physiologiques
d’une protéine potentiellement ciblée lors du parasitisme.

Nous avons mis en évidence le rôle important de la sélection naturelle dans l’évolution
des familles de gènes viraux. Par modélisation de la structure tridimensionnelle d’un facteur de
virulence codant pour des cystatines, nous avons montré que cette sélection agissait
préférentiellement au niveau des sites d’interaction avec les protéines cibles. De plus, cette étude
souligne le caractère dynamique de l’évolution des facteurs de virulence incluant de multiples
évènements de duplication, caractérisés par des processus de perte et d’acquisition au cours de
l’évolution de l’association. Le caractère adaptatif et dynamique de l’évolution des gènes viraux a
aussi été étudié en regard de l’évolution des espèces de guêpes et de leur spectre d’hôte.
Par une approche fonctionnelle, nous avons étudié le rôle physiologique de protéases à cystéine
qui constituent des cibles potentielles des cystatines virales. Nous avons montré que ces protéases
sont régulées spécifiquement au cours du parasitisme au niveau protéique et transcriptionnel.
Nous avons également montré que l’activité de ces protéases est modifiée après parasitisme.

L’évolution adaptative et dynamique des facteurs de virulence reflètent leur rôle
important dans le parasitisme. Il reste maintenant à montrer comment ces facteurs interagissent
sur la physiologie de l’hôte lépidoptère. Des protéases à cystéine sont spécifiquement ciblées par
le parasitisme, en étudiant les mécanismes d’interaction de ces protéases avec les cystatines virales
et les processus coévolutifs mis en jeu, nous pourrions comprendre comment le virus intervient
dans l’adaptation de la guêpe à son hôte.

Mots clés: polydnavirus, guêpe parasitoïde, cystatine, protéine tyrosine phosphatase, protéases à
cystéine, évolution moléculaire.


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Chapitre I


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Chapitre I
Table des matières