Evolution de la résistance à des systèmes naturels de gene drive – RESIST

Les génomes représentent des unités cohésives au sein desquelles la plupart des gènes coopèrent pour augmenter la valeur sélective des organismes, par des contributions positives sur la survie et la reproduction. Cette coopération est largement basée sur le fait que la plupart des gènes sont transmis de façon équitable d’une génération à l’autre (e.g., les individus diploïdes transmettent les deux allèles d’un gène avec la même probabilité). Cependant, certains éléments génétiques sont capables de favoriser leur transmission aux dépens du reste du génome. Etant ainsi sur-représentés dans la descendance d’un organisme, ces éléments génétiques égoïstes peuvent envahir une population en quelques générations, même si cela est préjudiciable aux individus. Une pléthore de ces « drivers » a été rapportée dans la littérature et ils sont quasi ubiquistes chez les animaux et les plantes. Ils peuvent être localisés dans le noyau (e.g., meiotic drivers et éléments transposables) ou dans le cytoplasme (e.g., mitochondries et endosymbiotes égoïstes) des cellules. La réalisation de l’importance de ces éléments génétiques égoïstes comme sources d’innovation évolutive est relativement récente. Il est désormais établi qu’ils modèlent des processus biologiques fondamentaux tels que structure des génomes, régulation de l’expression génique, spéciation, déterminisme du sexe, développement et immunité.

Les drivers causent des conflits génétiques car ils augmentent leur propre transmission au détriment des autres éléments génétiques d’un organisme. Dès lors, des variants de ces derniers sont sélectionnés s’ils atténuent l’action des drivers. Ainsi, on s’attend à l’évolution rapide de résistance empêchant la sur-transmission ou les effets des drivers. En plus de leur contribution à des innovations évolutives, les conflits génétiques et la résistance aux drivers sont d’une importance capitale dans l’ingénierie de systèmes de drive synthétiques, qui sont actuellement développés pour contrôler des vecteurs de maladies humaines et de pestes agricoles. En effet, un enjeu crucial est l’évolution de résistances à ces systèmes, qui pourraient ralentir ou empêcher leur propagation, et donc remettre en cause leur efficacité. Pourtant, notre connaissance de l’évolution et des mécanismes de la résistance aux drivers est limitée.

Les distorteurs de sexe ratio sont particulièrement pertinents pour étudier la résistance aux drivers. Ces éléments égoïstes localisés sur les chromosomes sexuels ou transmis par un seul sexe induisent des biais de sexe ratio. Ces biais induisent de fortes pressions de sélection favorisant les génotypes produisant davantage d’individus du sexe sous-représenté, restaurant alors des sexe ratios équilibrés. Ainsi, on s’attend à l’évolution très rapide de résistance à des distorteurs de sexe ratio.

Dans ce projet, nous analysons la base génétique, l’évolution et les mécanismes moléculaires du drive et de la résistance à deux distorteurs de sexe ratio emblématiques : (i) le système Sex Ratio (SR) Paris localisé sur le chromosome X de Drosophila simulans, et (ii) les endosymbiotes féminisants Wolbachia de l’isopode Armadillidium nasatum. Il s’agit d’une collaboration entre deux laboratoires français majeurs travaillant sur les éléments génétiques égoïstes, la distorsion de sexe ratio et la résistance chez les arthropodes : l’UMR 7267 Ecologie & Biologie des Interactions, CNRS/Université de Poitiers (Partenaire 1, expert renommé du modèle Wolbachia/isopode) et l’UMR 9191 Evolution Génomes Comportement Ecologie, CNRS/Université Paris Saclay (Partenaire 2, expert renommé du système SR de la drosophile). En se basant sur la forte complémentarité de notre consortium et sur l’utilisation des méthodologies les plus récentes de la biologie moléculaire et de la génomique évolutive, nous pourrons réaliser des avancées majeures sur la biologie des distorteurs de sexe ratio et l’évolution de la résistance aux drivers.