Dimensions écologiques et fonctionnelles de la symbiose entre les collemboles et wolbachia: localisation, génomes et interactions hôte // ecological and functional dimensions of wolbachia symbiosis in collembola: localization, genomes, and host interacti

Topic description

Les collemboles, micro-arthropodes ubiquitaires essentiels au fonctionnement des sols, jouent un rôle central dans la décomposition de la matière organique et la régulation des communautés microbiennes. Ces organismes hébergent fréquemment des bactéries endosymbiotiques, parmi lesquelles Wolbachia se distingue par sa capacité à moduler la reproduction, la physiologie et potentiellement le métabolisme de ses hôtes. Malgré l'importance écologique de ces interactions, la diversité, la localisation tissulaire et les fonctions précises de Wolbachia chez les collemboles restent largement inconnues. Ce projet doctoral propose d'explorer les dimensions écologiques et fonctionnelles de cette symbiose à travers trois axes complémentaires et intégrés.
Le premier axe vise à cartographier la distribution tissulaire de Wolbachia dans des espèces de collemboles représentent des groupes écologiquement contrastés et hébergeant l'un des deux supergroupes de Wolbachia: le supergroupe A trouvé chez des espèces de collemboles sexuées vivant dans des milieux humides et le supergroupe E trouvé chez des espèces parthénogénétiques vivant dans les sols. La cartographie tissulaire de Wolbachia dans les tissus des collemboles se fera par hybridation in situ à fluorescence (FISH) pour laquelle le protocole est établi, imagerie confocale et reconstruction 3D. Cette approche permettra d'identifier précisément les tissus colonisés, les différences entre lignée germinale et tissus somatiques, et d'établir un atlas comparatif inédit de la symbiose.
Le deuxième axe consiste à compléter et analyser les génomes de Wolbachia associés à ces espèces, en intégrant les quelques génomes déjà disponibles et en produisant de nouveaux. L'objectif est de caractériser la diversité génomique, d'identifier les modules fonctionnels clés (toxines-antitoxines, phage WO, gènes cif, protéines ankyrines…) et d'explorer les signatures évolutives et adaptatives, telles que la composition en GC, la taille du génome, le contenu répétitif et les rapports dN/dS. Ces analyses permettront également d'établir des corrélations entre les traits génomiques de Wolbachia et l'écologie et la reproduction des hôtes, révélant comment la symbiose peut s'adapter à des environnements variés et à différents modes de reproduction.
Enfin, le troisième axe a pour objectif d'élucider le rôle fonctionnel de Wolbachia dans la biologie des collemboles, en combinant approches expérimentales et analyses transcriptomiques. Des manipulations ciblées, incluant la déplétion de la bactérie par antibiotiques et des analyses RNA-seq, permettront d'identifier les voies physiologiques et métaboliques impactées, incluant immunité, reproduction et tolérance au stress (température, dessiccation, salinité). Le phénotypage comprendra la mesure de la fécondité, de la viabilité des œufs, de la survie et de la tolérance environnementale. La validation du statut infectieux sera réalisée par FISH et qPCR. Les livrables attendus comprennent un atlas tissulaire de Wolbachia, une cartographie détaillée de la diversité et des signatures fonctionnelles génomiques, et une compréhension approfondie du rôle écologique et physiologique de cette symbiose, offrant un cadre unique pour l'étude des interactions hôte-symbiote dans des contextes écologiques variés.
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Springtails, ubiquitous micro-arthropods essential to soil function, play a central role in the decomposition of organic matter and the regulation of microbial communities. These organisms frequently host endosymbiotic bacteria, among which Wolbachia stands out for its ability to modulate the reproduction, physiology, and potentially the metabolism of its hosts. Despite the ecological importance of these interactions, the diversity, tissue localization, and precise functions of Wolbachia in Collembola remain largely unknown. This doctoral project aims to explore the ecological and functional dimensions of this symbiosis through three complementary and integrated approaches.
The first approach seeks to map the tissue distribution of Wolbachia in Collembola species representing ecologically contrasting groups and hosting one of the two Wolbachia supergroups: supergroup A, found in sexual species inhabiting humid environments, and supergroup E, found in parthenogenetic species living in soils. Tissue mapping of Wolbachia in Collembola tissues will be conducted using fluorescence in situ hybridization (FISH), confocal imaging, and 3D reconstruction—methods for which the protocol is established. This approach will enable precise identification of colonized tissues, differences between germline and somatic tissues, and the creation of an unprecedented comparative atlas of the symbiosis.
The second approach involves completing and analyzing the genomes of Wolbachia associated with these species, integrating the few available genomes and producing new ones. The goal is to characterize genomic diversity, identify key functional modules (toxin-antitoxin systems, WO phage, cif genes, ankyrin proteins, etc.), and explore evolutionary and adaptive signatures, such as GC content, genome size, repetitive content, and dN/dS ratios. These analyses will also establish correlations between Wolbachia genomic traits and host ecology and reproduction, revealing how the symbiosis adapts to varied environments and reproductive modes.
Finally, the third approach aims to elucidate the functional role of Wolbachia in the biology of springtails by combining experimental approaches and transcriptomic analyses. Targeted manipulations, including bacterial depletion via antibiotics and RNA-seq analyses, will identify impacted physiological and metabolic pathways, such as immunity, reproduction, and stress tolerance (temperature, desiccation, salinity). Phenotyping will include measurements of fecundity, egg viability, survival, and environmental tolerance. Validation of infection status will be performed using FISH and qPCR. The expected deliverables include a tissue atlas of Wolbachia, a detailed mapping of genomic diversity and functional signatures, and a deep understanding of the ecological and physiological role of this symbiosis, providing a unique framework for studying host-symbiont interactions in diverse ecological contexts.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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Concours pour un contrat doctoral