Etude de l’adaptation des populations de moustiques aux xénobiotiques

Reginald Vere Laurence

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• Langue: Français

Extrait

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.