Co-adaptations hôtes-microbiote: mécanismes et conséquences – Hmicmac

La biologie subit un important changement de paradigme : l’individu est désormais considéré comme un holobionte intégrant la communauté de microorganismes qu’il héberge et qui participe à sa construction. Des études récentes montrent comment des perturbations du microbiote intestinal chez l’homme sont associées à des pathologies conduisant à des maladies métaboliques ou auto-immunes. Dans le cadre de cet individu écosystème, la sélection au niveau de l’holobionte devrait conduire à des co-adaptations entre les membres du consortium (l’hôte et ses multiples partenaires microbiens). Si tel était le cas, le microbiote pourrait être considéré non seulement comme une source d’adaptation à de nouveaux environnements, mais également comme une pression de sélection pouvant favoriser la diversification des hôtes, jusqu’à éventuellement la formation d’espèces nouvelles. Cette hypothèse de co-adaptation est toutefois basée sur des hypothèses fortes, comme l’alignement des intérêts des partenaires, et n’a que rarement été testée rigoureusement.
Les objectifs du projet Hmicmac sont précisément de tester si et comment l’hôte et ses partenaires microbiens sont co-adaptés. Ce projet vise à évaluer le potentiel co-évolutif des interactions hôte-microbiote (H×M). Il cherche également à analyser la flexibilité de ces interactions et à déterminer dans quelles conditions le microbiote peut permettre l’adaptation à de nouveaux environnements. Enfin, il propose de tester si les symbiotes peuvent exercer des pressions de sélection divergentes sur leurs hôtes, un élément central pour évaluer leur implication dans la diversification des hôtes.
Afin de répondre à ces questions, nous utiliserons des systèmes simplifiés d’interactions H×M constitués d’insectes hémiptères (pucerons et aleurodes) et de leurs symbiotes à transmission verticale. Dans ces modèles, nous avons montré que des groupes génétiques apparentés étaient infectés par des communautés spécifiques de symbiotes, situation qui a pu favoriser l’évolution de co-adaptations spécifiques dans chacun de ces groupes. Le projet Hmicmac est basé sur un protocole expérimental qui permettra d’analyser le fonctionnement des interactions H×M dans différents environnements et à différents niveaux d’organisation. Son originalité réside dans notre capacité à étudier à la fois des interactions H×M naturelles, mais également de nouvelles interactions H×M qui seront testées d’une part immédiatement après la rupture de potentielles co-adaptations, et d’autre part après une période d’évolution expérimentale. Ce protocole permettra d’évaluer l’étendue et la capacité d’évolution rapide des co-adaptations.
Les co-adaptations seront d’abord analysées à l’échelle de l’holobionte par des mesures de traits d’histoire de vie pour déterminer les valeurs sélectives de l’hôte et des symbiotes (tâche 1). Elles seront également étudiées au niveau physiologique en mesurant la contribution métabolique des symbiotes à l’holobionte et la régulation des populations symbiotiques (tâche 2) ainsi qu’au niveau génétique par des approches transcriptomiques réalisées simultanément sur l’hôte et ses symbiotes (tâche 3) afin de déterminer les mécanismes sous-jacents de ces co-adaptations.
Les données obtenues fourniront une évaluation globale des pressions de sélection divergentes exercées par le microbiote et permettront de tester des prédictions claires sur les co-adaptations dans les interactions H×M. Si nous ne parvenons pas à montrer l’existence de co-adaptations dans nos systèmes modèles, leur importance dans les interactions H×M devra être profondément ré-évaluée. Si au contraire nous détectons des co-adaptations, nous serons en mesure de comprendre leurs déterminants et leur potentiel d’évolution rapide. Nous montrerons également que le microbiote peut être une source de pression de sélection divergente avec des conséquences importantes dans notre compréhension de la diversification des organismes.