Décrypter l’organisation fonctionnelle de “fabriques métaboliques” inter-règnes dans une endosymbiose d’insecte – FOCuS

Les pesticides sont utilisés de façon intensive contre les insectes ravageurs des cultures, ce qui crée des phénomènes de résistance et affecte l'environnement et les autres organismes, y compris humains. Des alternatives durables pour le contrôle des insectes nuisibles sont donc urgentes.
Les charançons du genre Sitophilus sont parmi les principaux ravageurs des céréales. Leur capacité à se développer sur un régime exclusif et déséquilibré de céréales repose sur leur association mutualiste avec la bactérie symbiotique intracellulaire (endosymbiote) Sodalis pierantonius, qui leur fournit des acides aminés, des vitamines et des cofacteurs, présents en faible quantité dans les grains. Plutôt que de cibler l'insecte lui-même, et parce que les charançons dépendent de cette symbiose obligatoire pour survivre, une nouvelle stratégie de lutte spécifique et durable pourrait consister à déséquilibrer ou à rompre l’association symbiotique.
Les échanges métaboliques entre les charançons des céréales et S. pierantonius sont au cœur de cette symbiose. Les deux partenaires ont co-évolué vers une complémentarité métabolique et une dépendance l'un envers l'autre : les bactéries bénéficient des glucides que les insectes transforment à partir du grain ; en retour, les bactéries produisent et fournissent à l'hôte des métabolites qui complètent son alimentation. Bien que l'importance et la nature de ces échanges métaboliques soient bien documentées, la façon dont les nutriments sont échangés entre partenaires demeure une question ouverte.
L'intégration métabolique entre le charançon Sitophilus et la bactérie Sodalis se matérialise dans des cellules dédiées de l’hôte, les bactériocytes, qui abritent les endosymbiotes et sont le centre des synthèses et échanges métaboliques. Cependant, les mécanismes par lesquels l’hôte et le symbiote transforment ces cellules bactériocytaires en " usines métaboliques " restent flous, bien que cette adaptation soit un élément clé du partenariat bactéries-insectes.
Le projet FOCuS vise à comprendre l'organisation ultra-structurelle et fonctionnelle de ces "fabriques métaboliques", en utilisant les récentes avancées en imagerie cellulaire et en biologie moléculaire. Une première partie portera sur l’étude de l'organisation subcellulaire permettant les échanges métaboliques intensifs nécessaires à une endosymbiose nutritionnelle efficace. Nous analyserons l'ultrastructure tridimensionnelle des bactériocytes et des endosymbiotes, en mettant l'accent sur les réseaux cellulaires membranaires et la localisation des transporteurs et des métabolites échangés. Dans une deuxième partie, nous étudierons les mécanismes de différenciation des bactériocytes ainsi que le rôle des endosymbiotes dans ce processus. Des approches de biologie cellulaire du développement seront utilisées pour mieux caractériser le processus de différenciation. Les transcriptomes de l'hôte et de l'endosymbiont seront analysés durant la différenciation bactériocytaire grâce à une approche de Dual RNA-seq sur cellules micro disséquées. Les gènes clés de cet interactome seront ensuite étudiés sur le plan fonctionnel à l'aide d'outils complémentaires, incluant l'interférence à ARN. Dans une troisième partie, nous analyserons l'impact de la nutrition de l'hôte sur l'organisation structurelle des bactériocytes.
FOCuS nous permettra ainsi d’identifier de nouveaux mécanismes cibles pour contrôler les ravageurs des cultures en perturbant la différenciation ou la fonction des bactériocytes et, par conséquent, la capacité de l’hôte à proliférer sur les grains de céréales.