Stage Master2 2016-2017

Analyse fonctionnelle des gènes salivaires des pucerons potentiellement impliqués dans l'adaptation à la plante hôte

 
Contexte scientifique et enjeux
Les pucerons sont d’importants ravageurs qui peuvent provoquer de lourdes pertes de rendements chez de nombreuses plantes cultivées. Ils endommagent les plantes de façon directe en prélevant la sève élaborée et en sécrétant des composés salivaires toxiques, et de façon indirecte en transmettant des phytovirus. Les insecticides restent le moyen plus utilisé pour combattre les pucerons. Notre équipe cherche à comprendre les interactions moléculaires entre les pucerons et leurs plantes hôtes afin d’identifier des stratégies de lutte écologiques et durables contre les pucerons. Pour s’alimenter et se reproduire de façon efficace, les pucerons doivent d’abord supprimer les systèmes de défense de leur plante hôte. Des études récentes ont montré que la salive des pucerons contient des protéines effectrices capables de manipuler les défenses de la plante. La façon dont ces effecteurs modulent les défenses de la plante reste inconnue à ce jour. L’étudiant/e conduira une analyse fonctionnelle des gènes salivaires chez le puceron du pois pour identifier les gènes impliqués dans ses interactions avec la plante.

Objectifs et plan de recherche
Parmi les espèces de puceron, le puceron du pois, Acyrthosiphon pisum, et le puceron vert du pécher, Myzus persicae sont des espèces modèles de puceron spécialiste et généraliste respectivement. En effet, notre équipe a montré que le puceron du pois forme un complexe de biotypes chacun étant spécialiste d'une ou quelques espèces de légumineuses, quant à M. persicae, il est connu pour se nourrir sur des centaines d'hôtes appartenant à 40 familles de plantes. Ce projet de recherche innovant vise à comparer les fonctions de gènes salivaires chez ces deux espèces de pucerons qui sont soumises à des contraintes évolutives différentes de par leur spectre d'hôtes respectif. La caractérisation fonctionnelle des gènes salivaires orthologues va nous permettre de distinguer des gènes qui joue un rôle fondamental dans l'alimentation des pucerons et des gènes qui sont impliqués dans l'adaptation à la plante hôte, notamment dans la spécialisation des biotypes d A. pisum aux légumineuses. Pour tester ces hypothèses l'étudiant(e) réalisera l'analyse fonctionnelle des gènes salivaires candidats dans les deux systèmes plante-puceron et mesurera leur impact sur la fitness des pucerons: (i) en utilisant l'expression/répression transitoire in planta des gènes d'A. pisum dans le pois (Pisum sativum) et (ii) en utilisant des lignées transgéniques d' Arabidopsis thaliana exprimant des gènes de M. persicae ou leur RNA double brin complémentaire. De plus, l'étudiant(e) participera à l'identification des protéines de plantes ciblées par ces protéines salivaires des pucerons dans le but de comprendre les mécanismes sous-jacents aux interactions hôtes et non hôtes.
 

Résultats attendus
Nous nous attendons à ce que l'expression/répression in planta des gènes salivaires impacte les performances des deux espèces de pucerons dans le cas des gènes essentiels pour l'alimentation despucerons. De plus, certains gènes salivaires peuvent être impliqués dans la spécialisation du complexe de biotype d' A. pisum et ainsi les gènes orthologues analysés chez les deux espèces (spécialiste et généraliste) peuvent impacter différemment leurs performances. Ce projet permettra d'approfondir nos connaissances sur les interactions plantes-puceron au niveau moléculaire et les mécanismes d'adaptation à la plante hôte.

Techniques abordées
L’étudiant/e devra acquérir et maîtriser des techniques basiques et avancées de biologie moléculaire. Il/elle devra ainsi maîtriser les techniques de synthèse d'ANDc, de clonage, d’expression transitoire médiée par Agrobacterium, de western blot, de PCR quantitative, et d'analyse d'interaction protéiques (Double hybride et co-immunoprécipitation). L'étudiant/e effectuera également des tests de performances qui nécessiteront élevage et manipulation des pucerons sur leurs plantes hôtes.
 

Profils requis
Master2 de biologie, connaissances en biologie moléculaire, intérêt pour les interactions plantesbioagresseurs
 

Durée du stage
6 mois à partir de Janvier 2017
 

Candidature
Contacter par mail les encadrantes en exposant vos motivations (joindre un CV)
Encadrantes
Akiko Sugio (akiko.sugio@inra.fr) et Hélène Boulain (helene.boulain@inra.fr; helene.boulain@gmail.com)
Laboratoire d'accueil
Equipe Ecologie et Génétique des Insectes (EGI)
INRA RENNES
UMR 1349, Institut de Génétique, Environnement et Protections des Plantes (IGEPP)
Domaine de la Motte
35653 Le Rheu cedex - France

Références
Guy E.*, Boulain H.*, Aigu Y., Le Pennec C., Chawki K., Morlière S., Schädel K., Kunert G., Simon J-C. and Sugio A. Optimization of agroinfiltration in Pisum sativum provides a new tool for studying the salivary protein functions in the pea aphid system. Frontiers in Plant Science (in revision, June 2016) *: equal contribution
Simon J.C., d’Alençon E., Guy E., Jacquin-Joly E., Jaquiéry J., Nouhaud P., Peccoud J., Sugio A. & Streiff R. (2015). Genomics of adaptation to host-plants in herbivorous insects. Brief Funct Genomics. 14(6):413-23.
Jaquiéry J, Stoeckel S, Nouhaud P, Mieuzet L, Mahéo F, Legeai F, Bernard N, Bonvoisin A, Vitalis R & Simon J-C. (2012). Genome scans reveal candidate regions involved in the adaptation to host plant in the pea aphid complex. Mol Ecol. 21:5251-64
Carolan JC, Caragea D, Reardon KT, Mutti NS, Dittmer N, Pappan K, Cui F, Castaneto M, Poulain J, Dossat C, Tagu D, Reese JC, Reeck GR, Wilkinson TL, Edwards OR. (2011). Predicted effector molecules in the salivary secretome of the pea aphid (Acyrthosiphon pisum): a dual transcriptomic/proteomic approach. Proteome Res. 10(4):1505-18.
Peccoud J, Ollivier A, Plantegenest M, Simon JC (2009). A continuum of genetic divergence from sympatric host races to species in the pea aphid complex. Proc Natl Acad Sci USA. 106(18):7495-500.