Projet ANR-12-JSV7-0008 – SEXSEAWEED : Déterministe génétique du sexe et évolution du dimorphisme sexuel chez les algues brunes
Programme : JCJC - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (JCJC SVSE 7)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Susana COELHO (Vegetaux Marins et Biomolecules)
Partenaires : Laboratoire de Biologie Intégrative des Modèles Marins
Montant : 230000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : éterminisme génétique du sexe et évolution du dimorphisme sexuel chez les algues brunesLa différenciation génétique entre mâle et femelle  est  apparu à plusieurs reprises et de manière indépendante au cours de l’évolution. La structure/fonction/évolution des régions déterminant le sexe ont été étudiées chez les animaux, plantes et champignons, mais les connaissances dans les autres eucaryotes restent limitées. Nous étudions  l’évolution du déterminisme du sexe chez les algues brunes, un groupe d’eucaryotes très distant des animaux, plantes et champignons.
Pourquoi étudier la détermination du sexe et les chromosomes sexuels des algues brunes ?La grande diversité de caractéristiques sexuelles que l’on peut trouver chez les algues brunes (isogamie/anisogamie, expression du sexe en phase haploïde ou diploïde, différents niveaux de dimorphismes sexuels, etc.) rend l’étude du sexe au sein de ce groupe particulièrement intéressante. De ce point de vue l’algue brune filamenteuse Ectocarpus est fascinante : elle présente un système sexuel primitif, avec très peu de différences morphologiques entre les individus mâle et femelle. De plus le sexe est, chez Ectocarpus, exprimé durant la phase gamétophytique haploïde (chromosomes sexuels UV), ayant d’importantes conséquences sur l’évolution de la RDS. Cette dernière a été récemment identifiée grâce au génome d’Ectocarpus et l’objectif de ce projet est d’étudier l’histoire évolutive de cette région chromosomique et de comprendre comment elle gouverne la différenciation entre mâle et femelle. Plus précisément nos objectifs sont 1) Effectuer des analyses génomiques et évolutives de la RDS d’Ectocarpus, 2) Identifier le(s) gène clé qui permet la mise en place du sexe mais aussi caractériser les gènes effecteurs ayant un rôle dans le dimorphisme sexuel et finalement 3) Comprendre les liens entre déterminisme du sexe et certaines caractéristiques du cycle de vie telles que la parthénogénèse et la taille de gamètes.
xEctocarpus a été récemment choisie comme modèle d’étude pour les algues brunes. Un grand nombre d’outils a donc été mise en place et ces outils sont maintenant disponibles pour cet organisme. Notamment le génome d’une souche male a été séquencé mais aussi, plus récemment, celui d’une souche femelle. Avec une dimension évolutive, nous utilisons une grande diversité d’approches de la génétique classique aux analyses  génomiques, transcriptomiques et d’évolution moléculaire,  pour résoudre les mécanismes de déterminisme et de différentiation sexuels chez Ectocarpus.
Résumé de la soumission : Chez les organismes présentant un déterminisme génétique du sexe, le sexe peut être déterminé par une région à l’intérieur d’un chromosome ou par des chromosomes entiers. Ces types de structure ont émergé de façon Indépendante et répétée au cours de l’évolution. La structure, fonction et évolution des régions qui déterminent le sexe (RDS) a été bien étudié chez certains animaux, plantes et champignons, mais très peu d'informations sont disponibles sur le déterminisme du sexe dans d’autres lignées eucaryotes. Les algues brunes représentent un groupe particulièrement intéressant parce qu’elles présentent une grande diversité de systèmes sexuels (isogamie/anisogamie, déterminisme du sexe en phase haploïde ou diploïde, niveaux variés de dimorphisme sexuel). L’algue brune Ectocarpus est notamment intéressante puisqu'elle présent un système sexuel primitif, avec des différences minimales entre mâles et femelles. Le sexe chez Ectocarpus est déterminé pendant la phase haploïde (génération gamétophytique) ce qui a des répercussions importantes sur l’évolution des RDS. La RDS chez Ectocarpus a été identifiée récemment, et l’objectif de ce projet est d'étudier l’histoire évolutive de cette région et d'élucider comment ce locus contrôle la différentiation sexuelle. Ce projet permettra de mieux comprendre non seulement l’émergence des systèmes sexuels mais aussi l’évolution des RDS lorsque la différentiation sexuelle a lieu en phase haploïde. Les données générées par ce projet augmenteront nos connaissances sur la biologie des chromosomes sexuels dans un sens plus large.
Résultats : Les chromosomes sexuels U et V de l’algue brune Ectocarpus ont été identifiés et caractérisés. Ils présentent des caractéristiques typiques des RDS que l’on peut retrouver dans d’autres organismes eucaryotes: arrêt de recombinaison, accumulation de « junk » ADN  et une faible densité de gènes. Cependant  ce système de chromosomes sexuels UV présente clairement une histoire évolutive originale. Les chromosomes U et V ont tous deux un niveau de dégénérescence génétique modeste, malgré une sélection purifiante durant la phase haploïde. Plusieurs éléments indiquent que le système du déterminisme du sexe est ici très ancien, mais parce qu’Ectocarpus présente un faible niveau de dimorphisme sexuel et donc peu de gènes biaisés pour le sexe, la RDS reste limitée en taille.
Perspectives : Nous étudions actuellement les gènes qui sont différentiellement exprimés chez les mâles et les femelles de différentes algues brunes avec différents niveaux de dimorphismes sexuels. Nous étudions aussi le rôle des chromosomes sexuels dans la régulation d’un nombre de caractéristiques associées à la reproduction des algues brunes, telles que la taille des gamètes et la capacité à effectuer la parthénogénèse.