Ecotoxicogénomique de l'infertilité chez une guêpe parasitoïde – 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)

Depuis quelques années, on observe une inquiétante augmentation des troubles de la reproduction chez les males. En plus de concerner la santé humaine, avec un nombre croissant d’hommes présentant une altération de la spermatogenèse, ce problème peut également avoir des conséquences drastiques sur la production de denrées alimentaires. En effet, la réduction des capacités reproductives d’espèces d’intérêt agronomique, tels que les pollinisateurs et les ennemis naturels des ravageurs de plantes, risquent de considérablement freiner la production de fruits et légumes. Les causes de ces dérèglements de la spermatogénèse sont multifactorielles : l’augmentation de l’exposition des animaux aux xénobiotiques d’origine humaine et à des températures élevées liées aux changements climatiques sont certainement des facteurs d’importance. Bien que les invertébrés représentent environ 95% des animaux, peu d’études ont porté sur les effets de leur exposition à des produits chimiques risquant de perturber leur système endocrinien (e.g. phtalates), et à des stress thermiques sur leurs capacités reproductives. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents conduisant à une réduction de la spermatogénèse restent à ce jour relativement méconnus. Différents stress biotiques et abiotiques appliqués à des hyménoptères parasitoïdes induisent une hypofertilité male. Ces 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. L’objectif principal de ce projet est donc d’identifier les mécanismes responsables de la diminution de la fertilité observée chez les mâles après une exposition à des perturbations chimiques et thermiques, appliquées de façon séparée ou en association. Nous nous proposons d’analyser les effets du di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) et des ecdystéroïdes, comme stress chimique. Le stress thermique sera, quant à lui, évalué 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. Notre ambition à long terme est de proposer N. vitripennis comme un modèle de prédiction pour tester les effets potentiels de différents types de perturbations exogènes sur les hyménoptères et un modèle comparatif pour étudier la régulation de la spermatogenèse chez les autres espèces.