Topic description
L'os et les autres tissus minéralisés (cartilage, dents, écailles) sont apparus ensemble et très tôt dans la lignée des premiers vertébrés. Un squelette cartilagineux supposé présent dans le dernier ancêtre commun des vertébrés actuels, a ensuite évolué en parallèle dans la lignée des cyclostomes et des gnathostomes. Chez ces derniers, l'os endochondral ne devient majoritaire que plus tard, dans la lignée des poissons osseux, alors qu'un événement secondaire de perte de l'os ‘ancestral' caractérise la lignée des poissons cartilagineux actuels, malgré la minéralisation visible de leur squelette sous forme de cartilage minéralisé. Toutes ces hypothèses reposent principalement sur l'observation des caractères adultes du squelette des vertébrés actuels et passés.
Les données permettant de décrire la dynamique du développement, les caractéristiques cellulaires et les acteurs génétiques du développement du squelette et de la minéralisation chez les vertébrés non-modèles sont peu nombreuses, mais peuvent aujourd'hui être acquises dans une diversité d'espèces. En ciblant une série d'organismes positionnés de manière stratégique dans la phylogénie des vertébrés, il est dorénavant possible de replacer ce type de données dans un cadre comparatif optimal pour comprendre les patrons évolutifs à l'origine de la diversification du squelette des vertébrés. Dans cette optique, nous proposons de déterminer le cortège de protéines constituant la matrice extracellulaire du cartilage et/ou de l'os (acquisition de données protéomiques générées par spectroscopie de masse) ainsi que de caractériser les cellules de ces tissus squelettiques par le cortège de gènes qu'elles expriment (données transcriptomiques de type bulk RNAseq). La comparaison de ces données acquises dans toutes les branches profondes de la phylogénie des vertébrés permettra de reconstruire un scénario identifiant quelles sont les protéines présentes dans les tissus cartilagineux et osseux des premiers vertébrés, mais aussi les évènements d'évolution propres à chaque lignée.
Pour ce faire, nous avons choisi d'échantillonner les protéines et ARN des tissus squelettiques dans trois espèces de poissons cartilagineux (petite roussette Scyliorhinus canicula ; raie bouclée Raja clavata ; chimère Chimaera monstrosa) qui s'opposent à quatre poissons osseux, deux dont le squelette a conservé une proportion importante de cartilage (le protoptère Protopterus annectens et l'esturgeon Acipenser ruthenus), et deux dont le squelette est principalement osseux (le lépisostée Lepisosteus oculatus et le polyptère Polypterus senegalus). Enfin, les caractères squelettiques de ces vertébrés à mâchoires (gnatostomes) seront contrastés avec les caractères des vertébrés sans mâchoire (cyclostomes) de deux espèces : la lamproie fluviatile Lampetra fluviatilis et la myxine Myxine glutinosa. L'échantillonnage, l'extraction et le séquençage protéique sont déjà réalisés dans le cas de S. canicula, P. annectens, A. ruthenus, L. oculatus, P. senegalus, L. fluviatilis et M. glutinosa. L'échantillonnage sera donc à compléter pour deux espèces supplémentaires et, pour certaines espèces, pour les tissus destinés au RNAseq.
L'analyse statistique de ces données se fera dans plusieurs dimensions : la première permettra de quantifier les protéines sur-représentées dans la phase minérale des tissus squelettiques quand ceux-ci sont minéralisés. La deuxième dimension est interspécifique et permet de comparer des organes homologues dans plusieurs espèces, ou des tissus homologues dans différentes espèces : cet aspect dépendra de la détermination d'un cadre d'évolution moléculaire, et donc de la production d'hypothèses d'homologie entre les gènes des différentes espèces. Une troisième et dernière dimension de l'analyse sera de positionner les observations dans un arbre phylogénétique des espèces pour reconstruire un scénario évolutif permettant d'expliquer les observations dans l'actuel.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bone and other mineralised tissues (cartilage, teeth, scales) appeared together and very early on in the lineage of the first vertebrates. A cartilaginous skeleton, believed to have been present in the last common ancestor of modern vertebrates, then evolved in parallel in the cyclostome and gnathostome lineages. In the latter, endochondral bone only became predominant later, in the lineage of bony fish, while a secondary event of loss of “ancestral” bone characterises the lineage of modern cartilaginous fish, despite the visible mineralisation of their skeleton in the form of mineralised cartilage. All these hypotheses are based mainly on the observation of adult characteristics of the skeletons of current and past vertebrates.
Data describing the dynamics of development, cellular characteristics and genetic factors involved in skeletal development and mineralisation in non-model vertebrates are scarce, but can now be obtained from a variety of species. By targeting a series of organisms strategically positioned in vertebrate phylogeny, it is now possible to place this type of data in an optimal comparative framework to understand the evolutionary patterns underlying the diversification of the vertebrate skeleton. With this in mind, we propose to determine the set of proteins constituting the extracellular matrix of cartilage and/or bone (acquisition of proteomic data generated by mass spectroscopy) and to characterise the cells of these skeletal tissues by the set of genes they express (bulk RNAseq-type transcriptomic data). Comparing these data acquired from all deep branches of vertebrate phylogeny will enable us to reconstruct a scenario identifying not only the proteins present in the cartilage and bone tissues of early vertebrates, but also the evolutionary events specific to each lineage.
To do this, we chose to sample proteins and RNA from skeletal tissues in three species of cartilaginous fish (small tope Scyliorhinus canicula; thornback ray Raja clavata; chimera Chimaera monstrosa) which contrast with four bony fish, two of which have retained a significant proportion of cartilage in their skeletons (the protopterus Protopterus annectens and the sturgeon Acipenser ruthenus), and two of which have mainly bony skeletons (the garfish Lepisosteus oculatus and the bichir Polypterus senegalus). Finally, the skeletal characteristics of these jawed vertebrates (gnathostomes) will be contrasted with the characteristics of two species of jawless vertebrates (cyclostomes): the river lamprey Lampetra fluviatilis and the hagfish Myxine glutinosa. Sampling, extraction and protein sequencing have already been carried out for S. canicula, P. annectens, A. ruthenus, L. oculatus, P. senegalus, L. fluviatilis and M. glutinosa. Sampling will therefore need to be completed for two additional species and, for certain species, for tissues intended for RNAseq.
The statistical analysis of these data will be carried out in several dimensions: the first will enable the quantification of proteins that are over-represented in the mineral phase of skeletal tissues when these are mineralised. The second dimension is interspecific and enables the comparison of homologous organs in several species, or homologous tissues in different species: this aspect will depend on the determination of a molecular evolutionary framework, and therefore on the production of hypotheses of homology between the genes of different species. A third and final dimension of the analysis will be to position the observations in a phylogenetic tree of species in order to reconstruct an evolutionary scenario that explains the observations in the present.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Début de la thèse : 01/10/
WEB :
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
Funding further details
Concours pour un contrat doctoral
En cliquant sur "JE DÉPOSE MON CV", vous acceptez nos CGU et déclarez avoir pris connaissance de la politique de protection des données du site jobijoba.com.