Etude de l’adaptation des populations de moustiques aux xénobiotiques
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Thématique transversale PEX-GPB Etude de l’adaptation des moustiques aux xénobiotiques naturels et anthropiques : approche multidisciplinaire intégrant éco-toxicologie, génomique des populations et transcriptomique. Personnel impliqué : Equipe Perturbations Environnementales et Xénobiotiques (PEX) : J.P. David (CR), P. Ravanel (Pr), S. Reynaud (MCF), M. Raveton (MCF), J. Patouraux (technicienne), S. Boyer (doctorant), J. Sérandour (doctorant). Equipe Génomique des Populations et Biodiversité (GPB) : L. Després (MCF, responsable de la thématique transversale), S. Manel (MCF), F. Pompanon (MCF), O. Gaggiotti (Pr), A. Bonin (doctorante), M. Paris (doctorante). I- Pourquoi une thématique transversale « Génétique de la résistance » au LECA ? Les moustiques représentent une préoccupation majeure en terme de développement économique et de santé. Pour réduire leur impact sur les activités humaines, ces populations sont contrôlées par des traitements insecticides. Les milieux humides dans lesquels se développent les moustiques sont des écosystèmes complexes souvent exposés à des perturbations environnementales importantes causées par l’accumulation de polluants chimiques et agricoles (pesticides, herbicides et fertilisants). Jusqu’à présent, l’impact de ces composés toxiques sur le potentiel des populations de moustiques à développer des mécanismes de résistance aux insecticides a été négligé et son étude représente donc un moyen innovant d’améliorer ...
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Français
Thématique transversale PEX-GPB
Etude de l’adaptation des moustiques aux xénobiotiques naturels et anthropiques :
approche multidisciplinaire intégrant éco-toxicologie, génomique des populations et
transcriptomique.
Personnel impliqué :
Equipe Perturbations Environnementales et Xénobiotiques (PEX) :
J.P. David (CR), P. Ravanel (Pr), S. Reynaud (MCF), M. Raveton (MCF), J. Patouraux (technicienne), S. Boyer
(doctorant), J. Sérandour (doctorant).
Equipe Génomique des Populations et Biodiversité (GPB) :
L. Després (MCF, responsable de la thématique transversale), S. Manel (MCF), F. Pompanon (MCF), O.
Gaggiotti (Pr), A. Bonin (doctorante), M. Paris (doctorante).
I-
Pourquoi une thématique transversale « Génétique de la résistance » au LECA ?
Les moustiques représentent une préoccupation majeure en terme de développement économique
et de santé. Pour réduire leur impact sur les activités humaines, ces populations sont contrôlées par des
traitements insecticides. Les milieux humides dans lesquels se développent les moustiques sont des
écosystèmes complexes souvent exposés à des perturbations environnementales importantes causées
par l’accumulation de polluants chimiques et agricoles (pesticides, herbicides et fertilisants). Jusqu’à
présent, l’impact de ces composés toxiques sur le potentiel des populations de moustiques à
développer des mécanismes de résistance aux insecticides a été négligé et son étude représente donc
un moyen innovant d’améliorer le contrôle des populations de moustiques et la gestion des zones
humides. Dans ce contexte le LECA
a décidé d’associer le savoir faire de l’équipe PEX en éco-
toxicologie et transcriptomique et de l’équipe GPB en écologie, génomique des populations et
adaptation afin d’aborder cette thématique sous un angle pluridisciplinaire (figure 1).
Variables environnementales
Variables génétiques
xénobiotiques
naturels
Xénobiotiques
anthropiques
(pesticides, herbicides,
fertilisants, polluants…)
Traitements
insecticides
Populations larvaires de
moustiques
Adaptations
environnementales
Résistance aux
insecticides
Activités humaines
Ecologie et Toxicologie
Génomique des populations (GPB)
(PEX/GPB)
et Transcriptomique (PEX)
Figure 1 : Représentation schématique de la thématique d’étude transversale proposée.
Pour cette thématique, les moustiques du genre
Aedes
seront utilisés comme modèle. Ces
moustiques
sont
représentés dans la plupart des zones humides où leurs larves font face aux
xénobiotiques rencontrées au cours de leur développement, comme par exemple les composés
végétaux toxiques, les traitements insecticides, les herbicides utilisés en agriculture et les polluants. Le
modèle
Aedes
, outre son intérêt appliqué, présente l’intérêt d’être facilement maintenu et utilisé au
laboratoire (bio-essais standards maîtrisés au LECA). Enfin, le récent séquençage du génome d’
Aedes
aegypti
, ainsi que l’identification de nombreux gènes impliqués dans la résistance aux insecticides et
le développement de nouveaux outils de transcriptomique (‘
Aedes detox chip
’ et ‘
Aedes whole genome
microarray
’ en développement) permettront à cette thématique d’utiliser les outils moléculaires les
plus récents.
II-
Programme de recherche
II-1. Approche éco-toxicologique et transcriptomique au laboratoire
Depuis plusieurs années, l’équipe PEX, en partenariat avec l’Entente Interdépartementale de
Démoustication (EID) Rhône-alpes, a développé une réelle expertise en matière d’éco-toxicologie des
zones humides et d’étude des populations de moustiques, notamment sur les espèces du genre
Aedes
.
Les travaux initiaux ont permis de caractériser l’écologie des différentes espèces sub-alpines,
permettant ainsi d’améliorer l’efficacité du contrôle des populations gênantes. Cette approche
écologique a ensuite été poursuivie par la mise en évidence de composés chimiques issus des litières
végétales en décomposition capables de générer un effet larvicide puissant envers différentes espèces
de moustiques (David
et al.
, 2000a; David
et al.
, 2001). L’étude des mécanismes enzymatiques et
moléculaires responsables de la résistance différentielle des espèces de moustiques a ensuite permis
d’impliquer les enzymes de détoxication (P450s, GSTs et estérases) dans la tolérance à ces composés
toxiques (David
et al.
, 2003a;
Meyran
et al.
, 2002). A la suite de ces travaux, un brevet a été déposé
en vue de développer un bio-insecticide à partir de ces composés toxiques végétaux (Brevet n°
02.16544 du 23 décembre 2002, Titulaire : Université Joseph Fourier).
Aujourd’hui, les résultats récents obtenus au sein de l’équipe PEX montrent que les composés
chimiques issus de l’agriculture (pesticides, herbicides, fertilisants) ou de l’activité humaine (polluants
divers) ont aussi un impact non négligeable sur l’adaptation des populations de moustiques aux
traitements insecticides par l’intermédiaire de mécanismes de résistance croisée. Le lien entre ces
composés chimiques et la résistance des moustiques aux traitements insecticides sera étudié au
laboratoire sur le modèle
Aedes aegypti
à travers deux hypothèses évolutives :
1) L’exposition ponctuelle des populations de moustiques aux pesticides, herbicides et autres
polluants à pour conséquence une
induction
temporaire de certains gènes (e.g. gènes de
détoxication) conférant aux larves une résistance accrue aux traitements insecticides.
2) L’exposition répétée des populations de moustiques aux pesticides, herbicides, polluants et
composés toxiques naturels qui s’accumulent dans leurs habitats contribue à la
sélection
de gènes
spécifiques jouant un rôle clef dans la résistance aux insecticides.
Les xénobiotiques (pesticides, herbicides, fertilisants, polluants ou autre) capables de conférer aux
larves de moustiques un avantage adaptatif (induction et/ou sélection) face aux traitements insecticides
seront ensuite utilisés pour déterminer quels sont les gènes impliqués dans ces mécanismes de
résistance croisée. Pour cela, les techniques récentes de génomique comparative (génomes d’
Aedes
aegypti
et
Anopheles gambiae
séquencés) ainsi que des outils innovants en matière de
transcriptomique comme les puces à ADN (microarrays) seront utilisés (Figure 2).
A
B
Figure 2 : Exemple de résultat obtenu avec le microarray ‘
Anopheles detox chip’
permettant d’étudier l’expression
de l’ensemble des gènes de détoxication simultanément (David
et al
2006). Aujourd’hui un outil identique est en
développement pour le moustique
Aedes aegypti
et sera d’une grande utilité pour la thématique de recherche
évoquée ici.
II-2. Approche génomique des populations sur les populations naturelles
Parallèlement à l’approche éco-toxicologique et transcriptomique en laboratoire, nous
utiliserons une stratégie de génomique des populations d’
Aedes
rhône-alpins afin de (
i
) identifier les
régions chromosomiques potentiellement impliquées dans le phénomène de résistance aux
xénobiotiques et (
ii
) mesurer le flux génique entre gîtes et mieux comprendre l’histoire
démographique des populations.
Pour cette approche, l’analyse des
outliers
sera basée sur le fait que la dérive génétique et la
migration sont des forces évolutives qui agissent de la même manière sur tous les locus, alors que la
sélection ne concerne que certains gènes impliqués dans l’adaptation. L’analyse statistique de la
distribution des Fst pour plusieurs dizaines (voir centaines) de loci entre populations soumises à
sélection divergente permettra de mettre en évidence les loci ayant un Fst particulièrement élevé (ou
outliers
), susceptibles d’être impliqués dans l’adaptation, ou proche de régions chromosomiques sous
sélection (Luikart
et al
2003). Les gènes (ou régions du génome)
outliers
seront ensuite clonés puis
leurs séquences comparées aux séquences d’
Anopheles gambiae
,
Aedes aegypti
et
Drosophila
afin de
déterminer leur fonction potentielle. L’implication de certains
gènes candidats
dans l’adaptation des
larves à plusieurs types de xénobiotiques permettra d’approfondir la connaissance des mécanismes de
résistance croisée parfois observés entre différents types de xénobiotiques.
Les loci non soumis à sélection seront utilisés pour étudier l’histoire démographique des
populations de moustiques dans la région Rhône Alpes. En effet, l’élimination des locus sélectionnés
permettra de déterminer de façon non biaisée par l’effet de la sélection, l’histoire évolutive des
populations (phylogéographie), d’estimer les paramètres démographiques (taille efficace, taux de
migration) et d’analyser les flux de gènes (sélectionnés ou non) entre les populations afin de
déterminer si les phénomènes de résistance aux xénobiotiques sont des évènements isolés ou bien
transmis de populations en populations. Afin de mieux identifier les facteurs qui contrôlent le flux
génique, favorisant la transmission de la résistance aux xénobiotiques entre populations, nous
utiliserons des méthodes récemment développées (Gaggiotti
et al
2002 ; Gaggiotti 2004) ou en cours
de développement
.
Ces méthodes Bayesiennes hiérarchiques permettent d’étudier les processus de
colonisation et migration en combinant des données génétiques (génotypes multilocus) et des données
environnementales (type de végétation, présence de xénobiotiques et polluants…). Pour le moment ces
méthodes sont bien adaptées au loci codominants (e.g. microsatellites) mais elles seront améliorées
afin de les rendre applicables à des données AFLP.
La réponse à ces questions permettra de déterminer la stratégie optimale de
démoustication (dose et fréquence des traitements, zones refuges, type de traitement pour
éviter des phénomènes de résistance croisée) afin de limiter l’évolution de la résistance dans
les populations naturelles.
III-
Ressources humaines et collaborations
Cette thématique transversale entre les équipe PEX et GPB s’appuiera sur le partenariat durable
déjà établi avec un organisme de démoustication local, l’Entente Interdépartementale pour la
Démoustication Rhône-Alpes (EID) qui sera impliqué dans l’analyse écologique des gîtes à
moustiques et les prospections sur le terrain.
Au sein de l’équipe GPB, L. Després (coordinatrice du projet) apportera une expertise en
génétique des populations et adaptation et a déjà acquis un financement (contrat émergence région
Rhône-alpes, thèse de M. Paris et contrat post-doctoral de A. Bonin). S. Manel sera impliquée dans
l’analyse spatiale des données génétiques (projet ANR jeune chercheur 2006, soumis).
Au sein de
l’équipe PEX, J.P. David sera responsable de l’approche eco-toxicologique et apportera ses
compétences en matière de résistance aux insecticides et de puces à ADN (projet ATIP CNRS 2006,
soumis). P. Ravanel et M. Raveton apporteront leurs compétences dans le domaine des pesticides,
herbicides et polluants tandis que S. Reynaud s’intéressera aux mécanismes cellulaires de l’adaptation
aux xénobiotiques. J. Patouraux sera responsable de l’élevage et de la maintenance des souches
d’
Aedes
au laboratoire.
Enfin, une étroite collaboration, déjà initiée par J.P. David au cours de son
post-doctorat, sera maintenue avec la Liverpool School of Tropical Medicine concernant les analyses
de génomique et de transcriptomique des gènes de résistance aux xénobiotiques chez les moustiques.
Références citées
David JP, Rey D, Marigo G, Meyran JC (2000a) Journal of Chemical Ecology 26, 901-913.
David JP, Rey D, Meyran JC, Marigo G (2001) Journal of Chemical Ecology 27, 161-174.
David JP, Huber K, Failloux AB, Rey D, Meyran JC (2003a) Molecular Ecology 12, 1951-1961.
David, JP, Strode, C, Vontas J, Nikou D, Pignatelli P, Louis, K, Hemingway, J, Ranson, H
(2005) Proceedings
of the National Academy of Sciences of the USA 102 (11): 4080-4084.
Gaggiotti
OE (2004) pp. 367-386 in Ecology, genetics and evolution of metapopulations, edited by I. HANSKI
and O. E. GAGGIOTTI. Elsevier-Academic Press.
Gaggiotti OE, Jones F, Lee WM, Amos W, Harwood J. et al. (2002) Nature
416
: 424-427.
Luikart G, England PR, Tallmon D, Jordan S, Taberlet P (2003) Nature Reviews Genetics 4: 981-994.
Meyran JC, David JP, Cuany A, Bride JM, Amichot M (2002) Recent Research Developments in Analytical
Biochemistry 2, 185-199.
