Origines et conséquences de l'asexualité chez les nématodes du genre Mesorhabditis – Pseudogamy

Whole genome and transcriptome analysis
Population genomics methods
Modeling
Cytological description using immunostainings
RNA interference
CRISRP/Cas9 mutants and transgenes
Genetics, genotyping
Electron microscopy

1) We uncovered which type of meiotic division allows the production of unreduced oocytes, i.e asexual females in M. belari. By ctyological observations we found evidence that all chromosome pairs recombine and form stable bivalents at diakinesis. We found that meiosis I is abortive. Consequently, there is a single equational division. Thus, diploid oocytes contain an assortment of non-sister chromatid (equivalent to automixis central fusion) . On the long term, such meiotic division should lead to genome wide homozygosity, except on the center of chromosomes where recombination is absent. In parallel, we measured the level of heterozygosity in a given animal, based on the RNAseq performed on single males or females. Our previous results suggest high levels of heterozygosity, which contradicts our cytological observations. We are currently exploring this discrepancy. One possibility is that chiasmata are not the results of a real cross over event. Alternatively, recombined chromatids may be systematically discarded into the polar body due to meiotic drive. We are currently measuring the actual rate of recombination by linkage disequilibrium in 10 strains of a sexual species M. spiculigera and 10 strains of an asexual species M. belari. Beforehand, we performed high coverage DNAseq f(Illumina and Nanopore) or one representative strain of M. spiculigera and M. belari to obtain an assembled reference genome. RNAseq was also performed for annotation. Genomes are ready.
2) We managed to perform manual sorting of eggs, being either gynogenetic (asexual) or amphimictic (sexual) soon after fertilization and sequenced their transcriptome. We identified differentially expressed genes and concentrated on 30 candidates. smiFISH and single embryo q-RTPCR are used to confirm candidates. Next, functional analysis on these candidates will be performed
For the other tasks, raw data (RNA and DNAseq) have been obtained and analysis are underway

We are conducting the rest of the project as initially planned. Currently we are focusing on the establishment of transgenic lines expressing fluorescent markers (for Task 2 and 3) and on population genomic data. As new results come, informations are incorporated into the theoritical models.

none yet

Pourquoi la reproduction sexuée est-elle si fréquente par rapport à l’asexualité ? D’un point de vue théorique, elle offre un avantage sur le long terme, grâce au brassage génétique. Que ceci soit suffisant pour compenser tous les couts liés à la sexualité reste encore débattu. Les espèces asexuées pourraient être rare aussi parce que les mécanismes qui permettent la transition vers l’asexualité sont complexes. Ces questions fondamentales n’étant pas résolues, le paradoxe de la sexualité reste un des plus grands challenges de la biologie de l’évolution.
Une approche fructueuse dans ce domaine est l’étude des transitions vers l’asexualité. Mais le nombre de cas étudié reste faible. Il est donc nécessaire d’explorer plus d’espèces qui sont compatibles avec des approches à la fois génétiques et expérimentales, pour identifier les contraintes qui empêchent l’émergence et la maintenance de l’asexualité, et donc de comprendre la valeur adaptative de la sexualité.
L’équipe Delattre a récemment découvert un mode de reproduction unique chez un nématode du sol, Mesorhabditis belari. Ici, les males sont nécessaires pour féconder tous les œufs et les spermatozoides porteurs du chromosome Y sont bien plus compétent que ceux portant le X pour féconder. Malgré cela, les œufs se développant dans 90% des cas par gynogénèse en produisant des femelles asexuées (sans utiliser l’ADN paternel), l’espèce est principalement composée de femelles. Dans 10% des cas seulement, l’ADN paternel est utilisé pour donner naissance à des mâles sexués, par amphimixie. Même s’il existe d’autres espèces présentant un mélange d’individus sexués et asexués (haploid-diploid, parthenogène cyclique, …), aucune ne correspond à des femelles strictement asexuées qui perdent progressivement les mâles et la sexualité comme ici. L’équipe Delattre a également établi une collection d’espèces sexuées et d’autres asexués pseudogames similaires dans le genre Mesorhabditis, qui partagent avec C. elegans un grand nombre d’avantages expérimentaux. Cette collection constitue un système idéal pour explorer les origines moléculaires et cellulaires de l’asexualité (Aim 1) et pour contraster les conséquences évolutives de la sexualité et de l’asexualité au sein de l’espèce et entre espèces (Aim 2). Nous répondrons spécifiquement aux questions suivantes :
Aim1_ Task 1.1: quelles modifications de la méiose permettent la production des femelles asexuées avec quelles conséquences génétiques ? (Description cytologique et études génomiques)
Aim1_ Task 1.2: quels facteurs controlent le devenir des deux types d’oeufs? (Transcriptomique comparative)
Aim1_Task 1.3: quels sont les mécanismes responsables du biais de fécondation au profit du chromosome Y? (approche gène candidat)
Aim1_Task 1.4: quel est le lien entre origine de la pseudogamie et evolution des chromosomes sexuels (et ce que le biais de fécondation est une cause ou une conséquence de la pseudogamie) ? (théorie et modélisation)
Aim2_Task 2.1: quelle est le nombre de transition depuis/vers la pseudogamie? La pseudogamie est-elle un système ancient? Est-ce qu’un chromosome Y égoiste a envahi le système par introgression? (phylogenomique, RNAseq des males et females dans plusieurs espèces)
Aim2_Task 2.2: comparer les données empiriques de la dynamique du génome (heterozygotie, consanguinité) aux attendus théoriques. (Génomique des populations, séquençage à partir de ré-échantillonage dans la nature).
Aim2_Task 2.3: explorer les genes liés au sexe par rapport à ceux des ancetres sexués, (à partir des données RNAseq collectées en Task 2.1)
Notre projet est ambitieux, interdisciplinaire et original. Il vise à i) explorer un mode de reproduction nouveau et remarquable, ii) associer des approches complémentaires (biologie cellulaire évolutive (Delattre), modélisation des systèmes de reproduction (Glémin) et génomique évolutive (Galtier)), rarement combinées, du fait du manque de système experimentaux asexués.