Ecotoxicogenomic approach of subfertility in a parasitic wasp – Fertiliwasp

Les hyménoptères parasitoïdes apparaissent comme d’excellents modèles pour analyser les effets de l’environnement sur les fonctions de reproduction des mâles. En effet, ils sont faciles à élever en laboratoire et à utiliser en agronomie dans le contrôle des populations d’insectes ravageurs de cultures ou de récoltes. C’est le cas de Nasonia vitripennis qui présente également d’autres avantages : son génome complètement séquencé est désormais disponible et il est possible d’utiliser la technique des ARNi. De plus, le développement rapide des individus de cette espèce offre l’opportunité de tester les conséquences de stress environnementaux sur la fertilité des mâles et les conséquences sur la génération suivante de façon simple, rapide et peu couteuse. Les stress chimiques et thermiques seront évalués en soumettant les individus à des températures sub-léthales. Par ailleurs, une approche d’écotoxicogénomique sera développée afin d’identifier les réseaux de gènes contrôlant les fonctions testiculaires et sensibles aux stress. Ceci permettra la découverte de gènes candidats qui seront étudiés plus en détail.

Nous avons montré qu’un stress thermique au cours du développement perturbe la mise en place de la gamétogenèse et conduit à des mâles adultes hypofertiles. La fonction de reproduction semble mise en sommeil durant le temps du stress. Nous avons également caractérisé l’expression des gènes et des voies métaboliques modifiés par le stress thermique afin de mieux comprendre les mécanismes impliqués. Les conséquences écologiques de la présence de ces males hypofertiles peuvent être importantes. Les femelles s’accouplant avec de tels males sont ainsi contraintes de pondre des oeufs non fécondés qui donneront des males haploïdes. Le pouvoir parasitaire de la génération suivante se trouvera diminué puisque ce sont les femelles qui pondent leurs oeufs dans les hôtes.

Chez les hyménoptères, une telle hypofertilité male pourrait impacter la production alimentaire et sa qualité de part une baisse de pollinisation mais aussi une augmentation des dégâts causés par les ravageurs de culture dont le nombre pourrait augmenter si le pouvoir parasitaire des parasitoïdes est réduit.

Ce projet a donné lieu à 1 thèse et une HDR soutenues publiquement fin 2015 à l’Université de Tours. Les premiers résultats ont été publiés dans des revues scientifiques (Journal of Insect physiology, Plos One, Insect science) et d’autres sont encore à venir. Les résultats ont également été présentés à la communauté scientifique lors de congrès (Colloque d’écophysiologie animale, Colloque de Biologie de l’insecte, GDR Reproduction, European Congress of Entomology)

In recent years, the observation of a rapid decline in male reproductive quality is becoming a major societal concern. On top of affecting public health, as Humans appeared to be also affected, it can have negative consequences on the world food production by reducing the reproductive capacities of species of agronomic importance, such as pollinators and biological control agents. Causes are multifactorial and they most likely involve environmental changes such as the increasing exposure of animals to anthropogenic chemicals and thermal stresses associated with global warming. Although invertebrates constitute the vast majority of the animal kingdom, little effort has been made to evaluate the environmental consequences of chemicals inducing endocrine disruption or temperature global change on their reproductive abilities. Similarly, mechanisms responsible for the decrease in spermatogenesis are not wholly elucidated. In parasitic wasps, different biotic and abiotic factors applied during male development have the same consequences: reduced sperm stock and decreased fitness. In haplo-diploid species as parasitoids, the female ability to produce daughters depends on the availability of sperm stored in the spermatheca after mating and successful insemination. Therefore, parasitic wasps appear to be excellent candidates for analyzing the effects of environmental stresses on male functions. They are natural enemies of a broad range of arthropods of medical, veterinary and agricultural significance. More particularly, Nasonia vitripennis wasp presents several advantages: first, the complete genome sequence and the RNAi tools are available. Second, due to the rapid development of this organism, the consequences of different environmental perturbations on fertility, reproductive success and F1 population dynamics are easy, cheap and fast to measure. The main objective of this project is therefore to determine the mechanisms responsible for the observed decrease in fertility of N. vitripennis males when submitted to a chemical and a thermal stress, presented either separately or in combination. As a chemical stress, we propose to investigate the effect of di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and ecdysteroids. As a thermal stress, we will expose the individuals to sub-lethal heat stress. Additionally, an ecotoxicogenomic approach at the transcriptomic level will allow us to characterize the gene expression variations associated to these perturbations and identify the genes pathway controlling male functions. The function of candidate genes will then be studied under these environmental perturbations. Our long-term ambition is therefore to propose N. vitripennis as lab-sentinels of potential effects on hymenopterans and a comparative model for the study of spermatogenesis regulation in mammals.