M2 - Epigénétique : effet de la température sur le méthylome lors de la masculinisation du tilapia du Nil

Type de poste: 
Durée du poste: 
6 mois
Date de début: 
Lu, 04/02/2019
Ville: 
Montpellier
Laboratoire: 
CIRAD, UMR ISEM - Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier
Adresse: 

UMR 116 ISEM au Cirad, Campus International de Baillarguet, Montpellier

et Labex CeMEB Plateforme Epigénomique Environnementale IHPE UMR 5244 à l’Université de Perpignan Via Domitia, 58 Avenue Paul Alduy (Bât R), Perpignan

 

Directeur du stage : Helena D’Cotta (Tél: 0467593994), dcotta [at] cirad [dot] fr

Co-directeur : Christoph Grunau (Tél: 0468662180); christoph [dot] grunau [at] univ-perp [dot] fr  
Nom et prénom du contact: 
Helena D'COTTA
Nom et prénom du contact: 
Christoph Grunau
Email du contact: 
dcotta [at] cirad [dot] fr
Email du contact: 
christoph [dot] grunau [at] univ-perp [dot] fr
Date de validité: 
30/11/2018
Description du poste: 

Contexte scientifique:

Les mécanismes épigénétiques permettent une réponse à des modifications environnementales en régulant l'expression des gènes. Bien que la séquence d'ADN ne soit pas modifiée, ces effets peuvent néanmoins être héritables et impacter le phénotype (Jaenisch et Bird, 2003). La méthylation de l'ADN est l'un des changements épigénétiques les plus étudiés avec des effets importants sur le développement et les maladies (Zhang et Ho, 2011). Il s'agit de l'addition d'un groupe méthyle au cinquième carbone de la cytosine formant la 5-méthylcytosine dans les dinucléotides CpG des régions géniques et intergéniques chez les vertébrés (Suzuki et Bird, 2008). Pendant le développement embryonnaire chez les mammifères la vague de méthylation est réversible, donc pas observée à des stades ultérieurs de la vie (Cantone & Fisher, 2013). Les poissons, en revanche, conservent pendant des périodes plus longues les marques de méthylation de l'ADN produites pendant le développement. Ce sont donc des modèles idéaux pour étudier la méthylation de l'ADN pendant la différenciation sexuelle des gonades.

Chez les espèces de poissons considérées comme thermosensibles, de fortes températures peuvent affecter les sex-ratios (Baroiller et al., 2009a). Le réchauffement des eaux lié au changement climatique aura des effets sur certaines de ces espèces au moins, en affectant leurs cycles de reproduction et leur différenciation du sexe (Strussman et al., 2010 ; Baroiller and D’Cotta, 2016). Des changements de sex-ratios peuvent alors impacter fortement la taille efficace de certaines populations sauvages au moins, leur démographie et leur résilience. Chez le tilapia du Nil (un poisson de la famille des Cichlidae), les températures élevées peuvent induire une inversion fonctionnelle du sexe, en masculinisant des individus génétiquement femelles, malgré la présence de chromosomes sexuels XX/XY (Baroiller et al., 2009b). Cette thermosensibilité varie selon les populations sauvages et les familles analysées (Bezault et al., 2007 ; Baroiller et al., 2009).

Un des mécanismes de la masculinisation induit par la température est la diminution de l'expression du gène clef de la différenciation ovarienne, le gène de l'aromatase gonadique cyp19a1a (enzyme qui convertit les androgènes en œstrogènes), ce qui entraîne la différenciation des testicules (D'Cotta et al., 2001). Chez des alevins de bar, exposés à de fortes températures, on observe une hyperméthylation du promoteur de l'aromatase gonadique corrélée à une diminution de l'expression du gène cyp19a1a et à une augmentation de la proportion de mâles (Navarro-Martin et al., 2011). Des études du méthylome chez la sole tongue ZZ/ZW ont démontré un hyperméthylation du gène mâle dmrt1 chez les femelles (Shao et al., 2014) et les marques de méthylation de l'ADN sont transgénérationnelles chez les mâles ZW induits par la température (Chen et al., 2014). Une étude sur le méthylome a également été réalisée sur une souche domestiquée de tilapia du Nil masculinisée par la température, mais elle a laissé de nombreuses questions sans réponse (Sun et al., 2016).

Objectif du stage :

Par une étude des méthylomes, on cherchera à identifier les régions du génome qui présentent des différences de méthylation entre les mâles et les femelles, entre lots traités et témoins lors des traitements masculinisant par de fortes températures, chez une population de tilapia du Nil. L’étudiant(e) comparera les régions méthylées entre une famille thermosensible ou non sensible. A l’aide des données de RNA Seq qui seront disponibles pour les mêmes individus, il/elle analysera les corrélations d'expressions géniques avec les taux de méthylation. L’étudiant(e) regardera également si ces régions comprennent aussi des éléments transposables, et sur quels chromosomes ils sont localisés, en utilisant des données de ddRAD Seq également disponibles. 

 

Démarche et méthode utilisée:

Ce sujet entre dans le cadre du Projet de l’ANR CLIMSEX (Réchauffement des eaux: les leçons tirées de l'adaptation du tilapia)

 

  • L’étudiant(e) travaillera sur des échantillons déjà collectés. Deux familles issues de pères XY et de mères XX différents ont été produites. A 10 jours post-fertilisation les alevins ont été divisé en 2 lots, l’un élevé pendant 30 jours à 27°C (température contrôle) et l’autre élevé à 36°C (température masculinisante). Ils ont été ensuite replacés à 27°C, pour être sacrifiés et sexés à 3-4 mois. Les gonades ont été prélèvées dans de l’éthanol pour l’extraction de l’ADN et dans du RNAlater pour l’extraction de l’ARN. Les sex-ratios des lots traités à 36°C étaient respectivement de 59,8% et 90% de mâles pour les familles faiblement et fortement thermosensibles. Pendant le stage l’étudiant(e) pourra suivre une expérimentation comparable sur les tilapias, avec les traitements des alevins d’une autre famille, et apprendra également le sexage et les prélèvements.
  • L’étudiant(e) réalisera les extractions des ADNs de ces échantillons. A l’aide de marqueurs du chromosome X et Y déjà validés, il identifiera le sexe génétique des individus des différents lots afin d’identifier les femelles XX, les mâles XY et les mâles XX (masculinisés par les fortes températures).
  • Une fois les ADNs extraits, il/elle construira des banques MeDIP (methylated-DNA immunoprecipitation) à l’IHPE où la procédure est automatisée. Pour chacune des 2 familles avec des niveaux différents de thermosensibilité, plusieurs individus par lot seront utilisés. L’approche MeDIP a permis d’identifier des régions différentiellement méthylées entre les sexes chez des tortue traitées à différentes températures (Radhakrishnan et al., 2017).
  • Il/elle apprendra sur Galaxy à analyser les données de MeDIP Seq à l’IHPE. Tandis que les données RNA Seq seront analysées en tandem avec une doctorante à l’ISEM-Cirad.

Publications:

Baroiller JF, D’Cotta H, Saillant E. (2009a). Environmental effects on fish sex determination and differentiation. Sex Dev 3: 118–135.

Baroiller JF, D’Cotta H, Bezault E, Wessels S, and Hoerstgen-Schwark G, (2009b). Tilapia sex determination: Where temperature and genetics meet. Comp. Biochem. Physio. 153: 30–38.

Baroiller JF, D’Cotta H (2016). The Reversible Sex of Gonochoristic Fish: Insights and Consequences. Sex Dev. 10(5-6):242-266.

Bezault E, Clota F, Derivaz M, Chevassus B & Baroiller JF (2007). Sex determination and temperature induced sex differentiation in three natural populations of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) adapted to extreme temperature conditions. Aquaculture 272: S3–S16.

Cantone I, Fisher AG. (2013). Epigenetic programming and reprogramming during development. Nat Struct Mol Biol.;20(3):282–9.

Chen S, Zhang G, Shao C, Huang Q, Liu G, et al. (2014). Whole-genome sequence of a flatfish provides insights into ZW sex chromosome evolution and adaptation to a benthic lifestyle. Nat Genet 46: 253–260.

D’Cotta H, Guiguen Y, Govoroun MS, McMeel O, Baroiller JF (2001). Aromatase plays a key role during normal and temperature-induced sex differentiation of tilapia Oreochromis niloticus, Mol Reprod Dev 59: 265–276.

Jaenisch R, Bird A. (2003). Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals. Nat Genet 33: 245–254.

Navarro-Martin L, Vinas J, Ribas L, Diaz N, Gutierrez A, et al. (2011). DNA methylation of the gonadal aromatase (cyp19a) promoter is involved in temperature-dependent sex ratio shifts in the European sea bass. PLoS Genet 7:e1002447.

Radhakrishnan S, Literman R, Mizoguchi B, Valenzuela N. (2017). MeDIP-seq and nCpG analyses illuminate sexually dimorphic methylation of gonadal development genes with high historic methylation in turtle hatchlings with temperature-dependent sex determination. Epigenetics Chromatin.;10:28.

Shao C, Li Q, Chen S, Zhang P, Lian J, et al. (2014). Epigenetic modification and inheritance in sexual reversal of fish. Genome Res 24: 604–615.

Strüssmann CA, Conover DO, Somoza GM, and Miranda LA., (2010). Implications of climate change for the reproductive capacity and survival of New World silversides (family Atherinopsidae). J Fish Biol., 77(8): 181834.

Sun LN, Wang Y, Zhao Y, Wang H, Li N, Ji XS (2016). Global DNA methylation changes in Nile tilapia gonads during high temperature induced masculinization. PLoS One 11: e0158483).

Suzuki MM, Bird A. (2008) DNA methylation landscapes: provocative insights from epigenomics. Nat Rev Genet.;9(6):465–76.

Zhang X, Ho SM (2011). Epigenetics meets endocrinology. J Mol Endocrinol 46:R11.