Patrons et processus du transfert horizontal d’ADN : une exploration approfondie de la voie hôtes-parasitoïdes – Horizon

Horizon a combiné trois volets. (1) Génomique comparative à grande échelle : en s’appuyant sur l’Área de Conservación Guanacaste (Costa Rica), un système unique documentant des milliers de paires hôte–parasitoïde, nous avons conçu un pipeline bio-informatique “triplets” (hôte–parasitoïde–témoin) pour détecter des signatures de TH (similarités interspécifiques élevées, validations phylogénétiques) et tester si le parasitisme est associé à une augmentation des transferts. Le pipeline inclut contrôles des contaminations, automatisation, reproductibilité et tests statistiques de surreprésentation. (2) Volet mécanistique/virologique : nous avons étudié les polydnavirus endogénéisés des guêpes parasitoïdes (cartographie des motifs d’intégration, étude de la variabilité et des déterminants des insertions chromosomiques chez les Lépidoptères) et lancé des infections expérimentales avec des baculovirus/iridovirus pour tester la capture et la transmission d’éléments génétiques mobiles. (3) Volet conceptuel : développement d’un cadre théorique interrogeant l’individualité évolutive quand transmissions verticale et horizontale coexistent. Les approches ont évolué au fil du projet : optimisation du pipeline pour de grands volumes de données, élargissement taxonomique des analyses virales, renforcement du dialogue entre données et théorie.

Horizon a fourni des résultats nouveaux et structurants. (i) Sara Oukkal, dans le cadre de sa thèse (manuscrit soumis à Genome Biology and Evolution) montre que, contrairement aux Hyménoptères endoparasitoïdes qui s’appuient sur des virus domestiqués, les Diptères tachinidés (qui n’en dépendent pas) montrent des trajectoires contrastées en terme d'acquisition de gènes viraux; un second manuscrit en préparation identifie pour la première fois un virus proche parent des ichnovirus, apportant la preuve directe de leur origine virale et comblant un vide de longue date sur la domestication de ces polydnavirus. (ii) Audrey Portal dans le cadre se thèses, a mis en place un pipeline robuste à l'inertie phylogénétique pour effectuer la première évaluation quantitative à grande échelle de l’hypothèse centrale du projet ; sur le vaste jeu de données ACG, les résultats préliminaires présentés à ESEB 2025 montrent une grande abondance des TH dans les systèmes hôte–parasitoïde. (iii) Ines Matrougui, dans le cadre se thèse, a caractérise la fréquence, la variabilité et les déterminants des intégrations chromosomiques de polydnavirus chez les Lépidoptères, et a lancé des infections expérimentales avec virus à ADN pour tester directement le rôle de vecteurs. Des travaux connexes (Reiss 2019, Muller 2025, Guinet 2023) ont élargi le cadre en documentant l’ampleur des TH chez les arthropodes, l’importance de la parenté phylogénétique et l’endogénisation de virus chez les parasitoïdes. Ensemble, ces résultats relient patrons à grande échelle et mécanismes viraux, et posent les bases d’un cadre explicatif. Enfin, bien que situé en marge des objectifs initiaux, le travail de Thomas Kosc sur la cohérence thermodynamique des cycles autocatalytiques (PNAS 2025) illustre l’apport du projet à une réflexion plus large sur les bases théoriques des processus évolutifs et sur les conditions physiques rendant possible la circulation et la stabilisation de l’information génétique.

Trois priorités se dégagent. (1) Consolider l’inférence comparative : étendre le pipeline à d’autres systèmes et accroître la couverture génomique pour affiner l’estimation de l’effet du parasitisme, tester des facteurs modérateurs (spécificité d’hôte, proximité phylogénétique). (2) Explorer la diversité virale apparentée aux polydnavirus : prospections métagénomiques ciblées, annotation sensible et phylogénies robustes pour reconstituer l’histoire des lignées et leur éventuelle répétition de domestications. (3) Démontrer expérimentalement des TH médiés par virus : augmenter la profondeur de séquençage et le nombre de cycles d’infection, suivre en temps réel la capture/transfer d’éléments et quantifier leur stabilisation. Sur le plan conceptuel, poursuivre la formalisation des systèmes à flux combinés (vertical/horizontal) pour éclairer la définition des individus évolutifs et des unités de sélection. Ces perspectives prolongent directement les acquis d’Horizon.

Il est aujourd’hui établi que l’ADN peut franchir les barrières entre espèces éloignées ; non seulement chez les bactéries et les archées, où ce phénomène est connu de longue date, mais également chez les eucaryotes, et notamment les métazoaires. Chez ces derniers cependant, le transfert horizontal n’est documenté que par quelques études de cas, nous offrant une vision parcellaire quant à la nature des éléments génétiques capables de transférer, ou des liens écologiques permettant ces échanges. Quelques cas établis suggèrent que les associations entre les insectes parasitoïdes et leurs hôtes (associations écologiquement très étroites, puisqu’un organisme se développe intégralement à l’intérieur d’un autre) peuvent permettre le transfert d’ADN. D’autres travaux indiquent que les transferts horizontaux d’éléments transposables se produisent plus fréquemment entre espèces étroitement apparentées, suggérant que les ressemblances physiologiques, cellulaires ou moléculaires entre organismes donneurs et receveurs, peuvent faciliter ce processus. A partir de ces observations, nous proposons ici que la connectivité écologique et la distance phylogénétique entre deux lignées représentent les déterminants majeurs du transfert horizontal d’ADN. Pour tester cette hypothèse, nous combinerons les outils les plus récents du séquençage à haut débit avec les données écologiques issues d’un immense travail de terrain, mené depuis 1979 par Daniel Janzen et ses collaborateurs, pour documenter de manière exhaustive les relations hôtes-parasitoïdes dans une réserve naturelle du Costa Rica. Nous nous appuierons sur les extraits d’ADN et les données moléculaires qui sont venues compléter ce système depuis 2004, générant plus de 200000 extraits d’ADN et séquences mitochondriales diagnostiques, à partir des 5000 espèces de Lépidoptères de cette région et leurs 2000 espèces de parasitoïdes, diptères ou hyménoptères. Ces données moléculaires fournissent un premier cadre phylogénétique, qui nous permettra de sélectionner un échantillon de 250 espèces, représentatif de la diversité écologique et taxonomique du système, pour séquencer le génome complet de deux individus par espèce. Nos données préliminaires indiquent que ces expériences peuvent être réalisées sur les extraits d’ADN déjà existants, démontrant que nos objectifs ambitieux sont également réalistes.
Les expériences de séquençage, ainsi que l’assemblage des génomes et la distinction des différents éléments qui les composent (génome nucléaire mobile et non mobile, virus, bactéries intracellulaires) seront effectués pendant la première année du projet, et en constituent la première tâche. Pendant la 2ème année, nous établirons le réseau complet des transferts horizontaux observés dans ce système. La détection de ces évènements reposera dans un premier temps sur la recherche de régions génomiques très similaires entre génomes hôtes et parasitoïdes, signatures de transferts récents. Des méthodes de cophylogénie seront par la suite utilisées et développées pour une description plus complète des transferts horizontaux, notamment les transferts anciens, ou entre espèces proches (entre différents hôtes, ou différents parasitoïdes). Cette étape de description des patrons de transferts horizontaux constitue la seconde tâche du projet. La troisième tâche visera à tester l’hypothèse que la connectivité écologique et l’apparentement phylogénétique constituent des paramètres clefs du transfert horizontal, et à quantifier leurs effets respectifs. En combinant une équipe de premier plan et un système unique par la qualité et la masse des informations disponibles, le projet Horizon offrira des avancées majeures dans la compréhension du transfert horizontal d’ADN chez les métazoaires, un phénomène dont les implications évolutives commencent à peine à être révélées.