Bases neuronales et génétiques de l'évolution du comportement de ponte de Drosophila suzukii – EVOSUGAR

Les comportements des animaux sont générés par des circuits neuronaux qui collectent et intègrent des informations sensorielles, prennent des décisions et les exécutent jusqu'aux contrôles moteurs. Malgré d’intenses efforts de recherche, ces mécanismes sont encore peu connus à l'échelle moléculaire et cellulaire ainsi qu’au niveau de la circuiterie des réseaux de neurones. De plus, on comprend encore peu comment ces circuits sont modifiés au cours de l'évolution pour donner naissance à de nouveau comportements. Je compte aborder ces problèmes en utilisant une approche de neuro-génétique permettant de disséquer et de comparer fonctionnellement les circuits neuronaux de deux espèces de drosophiles manipulables génétiquement. J'utilise deux espèces dont le comportement de ponte diffère: tandis que la plupart des espèces, dont Drosophila melanogaster, pondent leurs œufs sur des fruits pourris, Drosophila suzukii pond sur des fruits mûrs. Par son comportement, D. suzukii ravage de nombreuses cultures de fruits à travers le monde. Mes travaux ont démontré que les drosophiles utilisent des informations gustatives pour distinguer les fruits pourris des fruits mûrs. Parmi ces informations, la présence de sucres (abondants dans les fruits mûrs, peu présents dans les fruits pourris) semble jouer un rôle important. En effet, le comportement de ponte de D. suzukii est particulièrement sensible aux sucres, ce qui soulève l'hypothèse que des changements dans les circuits neuronaux connectés à la perception des sucres sont à l’origine - au moins en partie - de l'évolution de son comportement divergent.
Je propose de tester cette hypothèse et d'identifier les bases neuronales de l'évolution de ce comportement en utilisant trois approches indépendantes et complémentaires. Je vais comparer la fonction de circuits neuronaux homologues entre les deux espèces pour identifier les différences clés à l'origine de leur divergence comportementale. J'utiliserai pour cela des outils transgéniques classiques de neurobiologie en combinaison avec des tests comportementaux, des analyses anatomiques, des senseurs d'activité neuronale (imagerie calcique) et des cribles génétiques. Plus précisément, je vais (1) tester s’il existe des différences au niveau des neurones gustatifs répondants aux sucres (neurones sensoriels). (2) Je testerai également s’il existe des différences au niveau du système nerveux central, dans un circuit dopaminergique impliqué dans le choix de ponte chez D. melanogaster. (3) J'utiliserai un crible génétique non-biaisé exploitant la variation naturelle pour identifier des gènes qui modulent les circuits neuronaux contrôlant la ponte en réponse aux sucres. Ces gènes permettront d'identifier des éléments supplémentaires du circuit et représenteront des candidats potentiels dont l'évolution pourrait être impliquée dans la divergence comportementale de D. suzukii.
Ces trois approches vont me permettre de reconstituer plusieurs éléments du circuit neuronal contrôlant la ponte, de tester l’éventualité de changements évolutifs à différents niveaux du circuit et d'analyser ce processus à différentes échelles fonctionnelles - circuit, cellulaire, moléculaire et génétique. Mon projet, qui est à l'interface entre deux disciplines - la neurobiologie et l'évolution - aborde une thématique fondamentale mais encore peu explorée, grâce à des outils génétiques et un système expérimental permettant la dissection fonctionnelle de circuits neuronaux avec une résolution cellulaire. Mes résultats permettront de mieux comprendre comment le système nerveux fonctionne, en particulier les mécanismes d'intégration sensorielle et de prise de décision. Mes résultats serviront également potentiellement à la lutte contre les insectes ravageurs en identifiant les mécanismes qui ont donné accès à D. suzukii à une nouvelle niche écologique grâce à des changements comportementaux. Ce projet servira de base pour mes futurs travaux avec ma propre équipe de recherche.