Créé(e) 07/12/2018
14 déc
2018
09h00
Station Biologique de Roscoff - Salle de conférence
Soutenance de Thèse "Caractérisation génétique et cellulaire de la parthénogenèse chez l'algue brune Ectocarpus sp."
Doctorant(e)

Laure Mignerot

Directeur de thèse

Susana Coelho

- Dr Tanja Scwander, Université de Lausanne, Department of Ecology and Evolution,  Rapportrice

- Dr John Pannell, Université de Lausanne, Department of Ecology and Evolution, Rapporteur

- Dr Julie Jaquiéry, UMR IGEEP, Inra Rennes, Examinatrice

- Pr Christophe Destombe, UMI Station biologique de Roscoff, Président du Jury

- Dr Susana Coelho, UMR8227 Station biologique de Roscoff, supervisor

-Dr Mark Cock, UMR8227 Station biologique de Roscoff, supervisor.

 Résumé : 

Bien que la reproduction sexuée soit prédominante chez les eucaryotes, plusieurs centaines d’organismes ont opéré une transition vers la reproduction asexuée. Les transitions entre reproduction sexuée et asexuée peuvent avoir une importance et des conséquences évolutives mais elles restent largement peu décrites au niveau écologique, moléculaire, génétique ou cytologique. La parthénogenèse est un mode reproduction asexuée qui correspond au développement d’un organisme à partir de gamètes sans fécondation. Bien que beaucoup d’eucaryotes soient capables de se reproduire par parthénogenèse, nous connaissons très peu les bases génétiques, les causes et les conséquences évolutives de ces transitions vers la reproduction asexuée. Les algues brunes sont un groupe d’eucaryotes multicellulaires qui présentent une incroyable diversité en termes de cycle de vie, de systèmes sexués ou mode de reproduction. Elles représentent d’excellents modèles pour étudier l’origine, l’évolution et les mécanismes de la parthénogenèse. Dans cette thèse, les nombreux outils génétiques et cellulaires développés pour l’algue brune modèle Ectocarpus ont permis d’identifier et de caractériser les loci impliqués dans la parthénogenèse et de mettre en lumière les causes et les conséquences d’un tel développement à l’échelle de l’organisme. Nos résultats mettent en évidence le rôle clé des chromosomes sexuels en tant que régulateur majeur de la reproduction asexuée, ainsi que deux loci autosomaux. De plus, nous avons identifié des effets négatifs de la parthénogenèse sur la fitness des mâles, mais aussi différents effets sur la fitness des générations du cycle de vie par rapport à la capacité parthénogénétique. Ces résultats confirment l’idée que la parthénogenèse pourrait être à la fois sous sélection sexuelle et sous sélection antagoniste par rapport aux générations (polyploidallie) (Chapitre 2). La croissance des zygotes est significativement affectée par la capacité parthénogénétique des parents mâles et la transmission des mitochondries a été évaluée afin de caractériser les retards de croissances observés (Chapitre 2 et 3). En parallèle, la transmission mitochondriale a été étudiée chez Ectocarpus sp.7 et a révélé une transmission originale (Chapitre 3). Enfin, l’analyse QTL (Chapitre 2) nécessitait la construction d’une carte génétique pour l’espèce Ectocarpus siliculosus qui a été comparée à celle d’Ectocarpus sp.7 (génome de référence séquencé en 2010) et a révélé une synténie fortement conservé entre les deux espèces (Chapitre 4). En étudiant la parthénogenèse chez un organisme multicellulaire qui a évolué indépendamment des plantes et des animaux, ce travail a participé à approfondir les connaissances sur les mécanismes évolutifs conduisant à la parthénogenèse. 

Mots clés : Ectocarpus, parthénogenèse, transmission mitochondriale, génétique quantitative, développement 

Abstract: 

Although sexual reproduction predominates in eukaryotes, several hundred lineages have undergone the transition from sexuality to asexuality. Transitions between sexual and asexual reproduction are believed to have important evolutionary and ecological consequences, yet the molecular, genetic, and cytological foundations of such transitions remain elusive. One type of asexual reproduction is parthenogenesis, i.e., the development of an adult organism directly from gametes in the absence of fertilisation. Although many eukaryotes are capable of reproducing by parthenogenesis, we know very little about its genetic basis, and the evolutionary causes and consequences of transitions to asexuality are poorly understood. The brown algae are a group of multicellular eukaryotes, that show an extraordinary diversity of types of life cycle, sexual systems, modes of reproduction, and they provide excellent models to look at the origins, evolution and mechanisms underlying parthenogenesis. In this thesis, we have used a wide array of genomic and cell biology tools available for the model brown alga Ectocarpus to identify and characterize loci involved in parthenogenesis, shedding light on the causes and consequences of parthenogenesis at the organism level. Our results highlight the key role of the sex chromosome as a major regulator of asexual reproduction, together with two autosomal loci. Importantly, we identify several negative effects of parthenogenesis on male fitness, but also different fitness effects between parthenogenesis and life cycle generations, supporting the idea that parthenogenesis may be under both sexual selection and generation/ploidally-antagonistic selection (Chapter 2). Zygotic growth was significantly affected by the parthenogenetic capacity of the male parent and the putative role of mitochondrial inheritance patterns on the fitness of sporophytes was also investigated (Chapter 2 and 3). This work revealed an unusual transmission pattern of mitochondria specifically in Ectocarpus species 7 (Chapter 3). Finally, the QTL analysis (Chapter 2) required the construction of a genetic map for Ectocarpus siliculosus and a comparison with Ectocarpus species 7 genetic map (reference genome sequenced in 2010) showed that the synteny was highly conserved between the two species (Chapter 4). By investigating parthenogenesis in a multicellular organism that has independently evolved from plants and animals, the work presented in this thesis has helped to assess the diversity of evolutionary mechanisms that lead to parthenogenesis. 

Keywords: Ectocarpus, parthenogenesis, mitochondria inheritance, quantitative genetics, development