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Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SVSE 7)
Edition 2013


PhyloSex


Evolution des déterminants majeurs du sexe chez les poissons.

Evolution de déterminismes du sexe chez les poissons
Le sexe reine des questions en biologie évolutive

Diversité des systèmes de détermination du sexe chez les poissons
Les mécanismes génétiques et cellulaires qui permettent a` la gonade indifférenciée de se développer soit vers le sexe mâle ou femelle sont complexes et souvent très différents suivant les espèces. Ces mécanismes de détermination du sexe peuvent être soit environnementaux soit génétiques, et ont de toute évidence évolués indépendamment et a` plusieurs reprises au cours de l’évolution. Chez les espèces dont la détermination du sexe est strictement génétique de type monofactorielle simple, ces déterminants majeurs du sexe qui sont portés par les chromosomes sexuels induisent un programme développemental qui conduit a` la différenciation des testicules ou des ovaires. Jusqu'a` présent, très peu de gènes déterminants majeurs du sexe ont été identifiés chez les poissons et les animaux en général. Les poissons sont des modèles particulièrement intéressants pour étudier l'évolution des systèmes de détermination du sexe et des déterminants majeurs. Comprenant environ la moitie´ des quelques 60 000 espèces de vertèbres, les poissons présentent une extrême diversité des systèmes de détermination du sexe avec des espèces a` détermination purement génétiques et/ou influencées par des facteurs environnementaux. Les quelques gènes déterminants du sexe connus chez les poissons ne sont pas ou peu conservés. Ce renouvellement fréquent de ces gènes « maitres » peut être explique´ par l’évolution très rapide des chromosomes sexuels qui sont généralement peu différenciés chez les poissons. Ce projet a donc pour objectifs majeurs: (1) de chercher a` identifier des déterminants majeurs du sexe potentiel chez de nombreuses espèces de poissons, et (2) de démontrer leur implication réelle comme déterminants sexuels chez un nombre plus réduits d’espèces.

Un double crible génomique pour identifier de nouveaux déterminants sexuels
Pour répondre à ces questions, nous avons développé en amont de ce projet une stratégie à haut-débit (appelée « Rad-Sex »), basée sur l’utilisation des nouvelles techniques de séquençage, pour identifier des marqueurs génétiques spécifiques du génome mâle ou femelle chez de nombreuses espèces. Ces marqueurs génétiques seront ensuite utilisés pour isoler des candidats déterminants majeurs du sexe. Nous proposons de réaliser cette approche « Rad-Sex » sur 35 espèces de poissons (téléostéens et non téléostéens) choisis en fonction de leur position évolutive et de leur intérêt agronomique. Grâce à ces marqueurs génétiques « Rad-Sex » nous chercherons chez 15 espèces à identifier plus précisément les locus du déterminant majeur du sexe. Ceci sera réalisé entres autres par criblage avec ces marqueurs de banques de long fragments génomiques. Les clones isolés seront séquencés et analysés pour chercher des séquences codantes potentiellement candidates. L’expression de ces gènes candidats sera ensuite caractérisée sur 5 espèces et 3 trois de ces gènes candidats déterminants du sexe seront choisis pour effectuer une caractérisation fonctionnelle par des techniques d’inactivation génique et de transgénèse.

Résultats

Nos premiers résultats nous ont permis de caractériser le type de déterminisme sexuel chez plusieurs espèces ou nous avons pu identifier de façon claire un déterminisme génétique monofactoriel simple de type hétérogamétie male (XX/XY. De façon surprenante pour plusieurs espèces aucune séquence sexe-spécifique ou sexe-polymorphique n’a pu être identifiée suggérant une différenciation des chromosomes sexuels est extrêmement faible chez ces espèces. Chez deux espèces nos résultats suggèrent la coexistence d’un système de détermination environnemental et génétique du sexe. Enfin chez deux espèces nous avons pu identifier par une approche RNA-Seq un déterminant majeur du sexe et réussi à inactiver ce déterminant de façon ciblée chez des males d’une de ces deux espèces qui présentent alors un phénotype gonadique femelle. Cette expérience apporte la première preuve fonctionnelle que ce gène est bien le déterminant majeur du sexe chez cette espèce. La découverte chez deux espèces de poissons d’un déterminant majeur du sexe est un résultat particulièrement marquant. De façon intéressante le fait que chez ces deux espèces ces gènes soient issus de la même voie de signalisation (Tgfbeta et AMH) montre que certains gènes (ou certaines voies de signalisation) sont plus efficaces que d’autres pour être utilisés en haut de la cascade de différenciation comme déterminants.

Perspectives

La découverte de nouveaux gènes déterminants majeurs du sexe sera d'une importance majeure compte tenu du très faible nombre d'espèces de vertébrés chez lesquelles de tels gènes ont été caractérisés. D'un point de vue comparatif, ce projet aura également un impact considérable sur l'évolution des systèmes de détermination génétique du sexe chez les vertébrés en général et plus particulièrement chez les poissons, groupe dans lequel de nombreuses questions relative à l’ évolution de ces déterminants majeurs restent sans réponse. Ce projet aura également d'importantes conséquences pratiques puisqu’il permettra rapidement d’envisager le développement de techniques de sexage moléculaire sur certaines des espèces étudiées dans ce projet qui sont d’intérêt économique ou environnemental. Ces techniques de sexage moléculaire peuvent être entres autres particulièrement importantes pour les recherches en écologie et en éco-toxicologie, pour une meilleure gestions des populations sauvages ou pour améliorer le contrôle du sexe en l'aquaculture.

Productions scientifiques et brevets

Revues à comité de lecture

1. A. Herpin, M. Schartl. 2015. Plasticity of gene regulatory networks controlling sex determination: of masters, slaves, usual suspects, newcomers and usurpators. EMBO Reports. In press.
2. D. Chalopin, et al., . 2015. Transposable elements and early evolution of sex chromosomes in fish. Chromosome Research, in revision.

Communications (conférence)

1. Q. Pan, et al., 2015. Identification of the master sex determining gene in Northern pike (Esox lucius, Esociformes, Teleosts) and its evolution within Esociformes. 17th International Symposium on The Biology of Vertebrate Sex determination, Kona, Hawaii. 13-17 April 2015. Oral communication.
2. J. Anderson, et al., 2015. The PhyloSex project: towards a better understanding of sex determination diversity and sex chromosome evolution in fish. 7th International Symposium on The Biology of Vertebrate Sex determination, Kona, Hawaii. 13-17 April 2015. Poster communication.
3. Q. Pan, et al., 2015. Diversity and evolution of genetic sex determination in fish. Annual meeting of the aquaculture section of the Catalonian Society of Biology, Barcelona, Spain, 12 June 2015. Invited oral communication.
4. J. Anderson, et al., 2015. The PhyloSex project: towards a better understanding of sex determination diversity and sex chromosome evolution in fish. 15th Meeting of The European Society for Evolutionary Biology. Lausanne, Switzerland. 9-15 August 2015. Oral communication.
5. Q. Pan, et al., 2015. Characterization of the Northern pike (Esox lucius, Esociformes, Teleosts) master sex determining gene and evolution of sex determination in Esociformes. 15th Meeting of The European Society for Evolutionary Biology. Lausanne, Switzerland. 9-15 August 2015. Poster communication.

Partenaires

INRA Laboratoire INRA de Physiologie et Génomique des Poissons

MGX BioCampus Montpellier - Montpellier GenomiX

UO Institute of Neuroscience, University of Oregon

UW Wurzburg University

Aide de l'ANR 329 118 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2014 - 36 mois

Résumé de soumission

La reproduction sexuée est un des processus les plus conservés au cours de l'évolution avec des implications dans de nombreux domaines de la biologie, mais aussi de l’agronomie et de la santé humaine. Les mécanismes génétiques et cellulaires qui permettent à la gonade indifférenciée de se développer soit vers le sexe mâle ou femelle sont complexes et souvent très différents suivant les espèces. Ces mécanismes de détermination du sexe peuvent être soit environnementaux soit génétiques, et ont de toute évidence évolués indépendamment et à plusieurs reprises au cours de l’évolution. Chez les espèces dont la détermination du sexe est strictement génétique de type monofactorielle simple, ces déterminants majeurs du sexe qui sont portés par les chromosomes sexuels induisent un programme développemental qui conduit à la différenciation des testicules ou des ovaires. Jusqu'à présent, très peu de gènes déterminants majeurs du sexe ont été identifiés chez les poissons et les animaux en général. Les poissons sont des modèles particulièrement intéressants pour étudier l'évolution des systèmes de détermination du sexe et des déterminants majeurs. Comprenant environ la moitié des quelques 60 000 espèces de vertébrés, les poissons présentent une extrême diversité des systèmes de détermination du sexe avec des espèces à détermination purement génétiques et/ou influencées par des facteurs environnementaux. Les quelques gènes déterminants du sexe connus chez les poissons ne sont pas ou peu conservé. Ce renouvellement fréquent de ces gènes « maitres » peut être expliqué par l’évolution très rapide des chromosomes sexuels qui sont généralement peu différenciés chez les poissons. Ce projet a donc pour objectifs majeurs: (1) de chercher à identifier des déterminants majeurs du sexe potentiel chez de nombreuses espèces de poissons, et (2) de démontrer leur implication réelle comme déterminants sexuels chez un nombre plus réduits d’espèces. Pour répondre à ces questions, nous avons développé en amont de ce projet une stratégie à haut-débit (appelée « Rad-Sex »), basée sur l’utilisation des nouvelles techniques de séquençage, pour identifier des marqueurs génétiques spécifiques du génome mâle ou femelle chez de nombreuses espèces. Ces marqueurs génétiques seront ensuite utilisés pour isoler des candidats déterminants majeurs du sexe. Nous proposons de réaliser cette approche « Rad-Sex » sur 35 espèces de poissons (téléostéens et non téléostéens) choisis en fonction de leur position évolutive et de leur intérêt agronomique. Grâce à ces marqueurs génétiques « Rad-Sex » nous chercherons chez 15 espèces à identifier plus précisément les locus du déterminant majeur du sexe. Ceci sera réalisé entres autres par criblage avec ces marqueurs de banques de long fragments génomiques. Les clones isolés seront séquencés et analysés pour chercher des séquences codantes potentiellement candidates. L’expression de ces gènes candidats sera ensuite caractérisée sur 5 espèces et 3 trois de ces gènes candidats déterminants du sexe seront choisis pour effectuer une caractérisation fonctionnelle par des techniques d’inactivation génique et de transgénèse. La découverte de nouveaux gènes déterminants majeurs du sexe sera d'une importance majeure compte tenu du très faible nombre d'espèces de vertébrés chez lesquelles de tels gènes ont été caractérisés. D'un point de vue comparatif, ce projet aura également un impact considérable sur l'évolution des systèmes de détermination génétique du sexe chez les vertébrés en général et plus particulièrement chez les poissons, groupe dans lequel de nombreuses questions relative à l’ évolution de ces déterminants majeurs restent sans réponse. Ce projet aura également d'importantes conséquences pratiques puisqu’il permettra rapidement d’envisager le développement de techniques de sexage moléculaire sur certaines des espèces étudiées dans ce projet qui sont d’intérêt économique ou environnemental. Ces techniques de sexage moléculaire peuvent être en

 

Programme ANR : Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SVSE 7) 2013

Référence projet : ANR-13-ISV7-0005

Coordinateur du projet :
Monsieur Yann GUIGUEN (Laboratoire INRA de Physiologie et Génomique des Poissons)

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.