A. tabida et certaines populations d’A. japonica ont acquis, au cours de leur histoire

évolutive, une dépendance à Wolbachia. D’une manière générale, ce travail de thèse avait pour objectif d’aboutir à une meilleure compréhension des processus impliqués dans ces deux transitions d’une symbiose facultative à une symbiose obligatoire.

Chez A. tabida, la dépendance pour l’ovogenèse semble avoir résulté d’une adaptation à Wolbachia impliquant une modulation de l’homéostasie oxydative. Comme nous l’avons vu dans le chapitre 1, la manipulation expérimentale de l’environnement oxydatif a un impact sur la densité en Wolbachia et sur les traits d’histoire de vie de son hôte Drosophila melanogaster. Ce résultat suggère que l’homéostasie oxydative peut jouer un rôle dans la coévolution entre

Wolbachia et son hôte, ce qui est donc cohérent avec les travaux déjà effectués chez A. tabida

(Kremer et al. 2009a, 2010, 2012). Plus précisément, cette expérience supporte un scénario d’évolution de la dépendance dans lequel la modulation de l’homéostasie oxydative est une adaptation de l’hôte permettant de réduire le coût de l’infection par Wolbachia via une réduction de l’effectif de la population symbiotique.

L’existence de relations entre l’infection par Wolbachia et l’homéostasie oxydative étant désormais documentée chez de nombreux hôtes (Brennan et al. 2008, 2012, Andrews et al. 2012, Pan et al. 2012, Fallon et al. 2013), nous avons été amenés à formuler l’hypothèse selon laquelle des formes atténuées de la dépendance observée chez A. tabida ont évoluées au sein de nombreuses autres associations arthropode / Wolbachia. Comme nous l’avons vu dans le chapitre 2, une telle dépendance partielle pour le contrôle de l’homéostasie oxydative n’a pu être mise en évidence chez A. japonica. En effet, les individus issus de populations thélytoques, donc ayant coévolués avec Wolbachia, ne semblent pas plus sensibles au stress oxydatif que ceux qui sont issus de populations arrhénotoques, donc naturellement non infectés.

Les approches transcriptomiques présentées dans le chapitre 3 fournissent un début d’explication à cette différence phénotypique entre A. tabida et A. japonica en montrant que l’effet de Wolbachia sur l’expression génique est également très différent chez ces deux hôtes. En outre, on peut espérer que la comparaison des transcriptomes ovariens de ces deux espèces, couplée à l’étude des transcriptomes bactériens et du polymorphisme du phénotype de dépendance observé chez A. tabida, nous apportera une vision plus claire et détaillée des bases mécanistiques de la dépendance pour l’ovogenèse.

Chez A. japonica, c’est une dépendance pour la production de femelles qui est observée au sein des populations infectées par une souche de Wolbachia induisant de la parthénogenèse thélytoque. Comme nous l’avons vu dans le chapitre 4, cette dépendance s’explique par la perte

de fonctions sexuelles femelles, en particulier la capacité à déclencher le comportement de cour des mâles, et la propension à accepter l’accouplement. Par le biais d’approches transcriptomiques et d’écologie chimique, nous avons pu identifier un certain nombre de gènes et de composés cuticulaires susceptibles d’être impliqués dans ces pertes de traits.

Malgré la proximité phylogénétique des partenaires symbiotiques impliqués, les dépendance d’A. tabida et d’A. japonica sont très différentes l’une de l’autre, tant en termes de manifestation phénotypique que de mécanismes sous-jacents. Néanmoins, nous tenterons, dans la suite de cette discussion générale, d’identifier des points communs à ces deux dépendances, d’abord d’un point de vue méthodologique, puis d’un point de vue biologique.

a) Obstacles à l’étude de la dépendance

L’étude de la dépendance se heurte à des difficultés semblables chez A. tabida et chez

A. japonica (et probablement de façon plus générale), et ce malgré les spécificités de chacun de

ces modèles et la diversité des techniques employées. Comme nous l’avons vu dans le premier chapitre, la dépendance peut être un obstacle à l’expérimentation lorsqu’elle empêche de faire varier le paramètre d’intérêt – en l’occurrence la présence du symbiote –, imposant la transposition à un modèle biologique différent. Les associations obligatoires étant d’anciennes associations facultatives, il est raisonnable de penser que l’études des secondes peut nous aider à comprendre les premières. La pertinence de cette approche repose néanmoins sur le présupposé que les deux modèles biologiques sont suffisamment similaires. La validation – par le biais de nos expériences réalisées sur D. melanogaster – d’un aspect du scénario d’évolution de la dépendance d’A. tabida, nous conforte toutefois dans ce choix méthodologique. Dans les chapitre 2 à 4, l’impossibilité d’établir des lignées aposymbiotiques d’A. japonica issues de populations thélytoques entraine un risque de confusion entre l’effet de l’absence de Wolbachia et l’effet du traitement antibiotique. Ce n’est que grâce à l’existence de lignées arrhénotoques naturellement non infectées que nous avons pu réaliser les témoins permettant de distinguer ces deux effets. Les chapitres 2 et 3, en mettant en lumière les différences – en ce qui concerne leur relation à Wolbachia – entre A. tabida et A. japonica, montrent à quel point nous sommes loin de pouvoir expliquer et prédire les chemins empruntés par la coévolution en général, et par l’évolution de la dépendance en particulier. Tandis qu’il est possible d’identifier les facteurs favorisant l’évolution de la coopération interspécifique (i.e., fidélité au partenaire et choix du partenaire ; voir la section I.2 de l’introduction générale) en faisant abstraction des détails de l’interaction (quelles sont les fonctions métaboliques réalisées par chacun des partenaires ? Les

gènes impliqués dans l’adaptation au partenaire ont-ils des effets pléiotropes ?), ce n’est généralement pas le cas en ce qui concerne l’évolution de la dépendance. Enfin, il a été question, dans les discussions des chapitres 1 et 4, de la difficulté d’inférer les processus coévolutifs responsables de la dépendance en se basant sur ses causes proximales.

Nonobstant cette dernière difficulté, il se pourrait que les deux dépendances discutées dans cette thèse aient un autre point commun, celui d’être des cas d’addiction (sous l’hypothèse de virginité fonctionnelle en ce qui concerne A. japonica).

b) Importance de la notion d’addiction

Comme nous l’avons vu dans l’introduction générale, l’addiction est un mode d’évolution de la dépendance qui a pour particularité de ne pas supposer l’apport d’une fonction (nouvelle ou redondante) par le partenaire symbiotique qui devient obligatoire. Au contraire, l’addiction résulte de l’adaptation compensatoire à une perturbation induite par un partenaire symbiotique. En cela, le phénomène d’addiction incite à dissocier dépendance et mutualisme (figure 5.1), ou du moins à distinguer, suivant de Mazancourt et al. (2005), le mutualisme proximal du mutualisme ultime. Même lorsque la dépendance est un mutualisme proximal –

i.e., que l’élimination du symbiote dont l’hôte est dépendant entraine une réduction de la valeur

sélective de ce dernier –, elle n’est pas nécessairement un mutualisme ultime – i.e., l’hôte infecté par le symbiote dont il est dépendant n’a pas forcément une valeur sélective supérieure à celle de son ancêtre asymbiotique (figure 5.2).

Figure 5.1. Gill et al. 2014 : diversité des phénotypes étendus de Wolbachia, et distinction entre dépendance (axe vertical) et mutualisme (axe horizontal).

Figure 5.2. Un exemple hypothétique d’évolution de l’addiction d’un hôte à son symbiote : transition du parasitisme au mutualisme proximal, mais pas au mutualisme ultime.

L’addiction n’est cependant qu’un des trois modes d’évolution de la dépendance discutés dans l’introduction générale (section II). En effet, la redondance fonctionnelle suivie d’une perte unilatérale de la fonction, ainsi que l’apport d’une nouvelle fonction suivie d’un changement de niche écologique, sont également susceptibles de mener à la dépendance. On peut donc se demander si l’addiction, malgré son importance d’un point de vue conceptuel, est un phénomène répandu, ou ne concerne au contraire qu’un nombre restreint de cas. De ce point de vue, il est important de noter que les processus pouvant mener à la dépendance ne sont pas mutuellement exclusifs. Bien qu’il puisse exister des cas « purs », où la dépendance est due entièrement à l’un des trois processus cités, des cas « hybrides » sont envisageables.

Ainsi, lorsqu’une nouvelle fonction permet l’adaptation à une nouvelle niche écologique, la dépendance peut certes être une conséquence directe de cette adaptation (comme c’est vraisemblablement le cas chez le puceron, où les pièces buccales adaptées à la consommation de phloème font obstacle à l’acquisition d’acides aminés essentiels par l’alimentation), mais elle peut également la suivre à plus long terme. L’adoption d’une nouvelle niche écologique peut en effet rendre facultative une certaine fonction, qui pourra alors être perdue par sélection – si elle est coûteuse – ou par dérive. On obtiendrait alors un hybride entre le scénario « adaptation à une nouvelle niche écologique » et le scénario « redondance fonctionnelle ». Comme dans le scénario de redondance fonctionnelle, la dépendance en tant

que telle ne résulte pas nécessairement d’un processus sélectif, mais comme dans le scénario d’adaptation à une nouvelle niche écologique, l’hôte est dépendant de son symbiote parce qu’il est dépendant de sa nouvelle niche écologique (il s’ensuit que la vraisemblance d’un tel scénario ne s’oppose pas à l’idée – discutée dans la section II.2 de l’introduction générale – selon laquelle le symbiote est plus susceptible de perdre une fonction redondante que l’hôte).

De la même façon, on peut penser que les addictions « pures » sont rares (peut-être parce qu’elles constituent des cas de « transitions évolutives mineures » ; voir la discussion du chapitre 2) mais que des phénomènes d’addiction contribuent à la dépendance dans de nombreux cas. Il est en effet vraisemblable que l’acquisition d’un symbiote intracellulaire – avant que la moindre coévolution n’ait pu avoir lieu et quels que soient les bénéfices qu’il est susceptible d’apporter à son hôte par ailleurs – s’accompagne toujours d’une perturbation de plus ou moins grande ampleur. Dans cette thèse, nous avons discuté deux perturbations susceptibles d’entrainer – ou de contribuer à – la dépendance : la perturbation du sex-ratio de la population et la perturbation de l’homéostasie oxydative de l’individu. La première est loin d’être anecdotique dans le cas de symbiotes à transmission maternelle, mais la seconde est vraisemblablement encore plus répandue, et ce dans tous types de symbioses (Monnin et al. 2014). Il est donc possible que des formes d’addiction existent au sein de symbioses obligatoires principalement étudiées jusqu’à présent sous l’angle des fonctions apportées par le symbiote. Les associations entre les nématodes filaires et Wolbachia sont potentiellement des dépendances « hybrides » de ce type. D’une part, il semble que ces Wolbachia sont capables de procurer à leurs hôtes des métabolites que ces derniers sont incapables de synthétiser et leurs permettent d’échapper au système immunitaire des organismes qu’ils parasitent (Bouchery et al. 2012). D’autre part, chez Brugia malayi, les effets délétères de l’élimination de Wolbachia sont associés à une forte apoptose (Landmann et al. 2011) qui n’est pas sans rappeler le phénotype de dépendance d’A. tabida. On peut donc soupçonner une contribution de l’addiction à l’évolution de cette dépendance.

L’addiction est également susceptible d’expliquer certaines dépendances partielles. Elle a notamment été invoquée pour expliquer l’incidence croissante des maladies auto-immunes (telles que le diabète de type 1) dans les pays industrialisés. Cette dernière pourrait en effet résulter de la maladaptation du système immunitaire humain à l’absence des symbiotes avec lesquels il a coévolué (Dunne & Cook 2005, Okada et al. 2010, Seroni & Clerici 2010, Rook 2012). D’après cette hypothèse, la manipulation du système immunitaire effectuée par des bactéries ou des helminthes (nématodes ou plathelminthes), vraisemblablement sélectionnée

pour la protection qu’elle leur confère (Maizels et al. 2004), a pu devenir nécessaire à l’évitement de l’auto-immunité. Plus généralement, l’apparente implication de perturbations de la communauté symbiotique, et notamment du microbiote intestinal, dans l’étiologie de nombreuses pathologies (Clemente et al. 2012, Cryan & Dinan 2012) laisse penser que l’addiction est un phénomène répandu. En conséquence, s’il est possible, comme l’avancent Dethlefsen et al. (2007), que les bénéfices apparemment apportés par le microbiote intestinal à son hôte s’expliquent en partie par un mutualisme de type « by-product » ou encore par l’évolution d’une coopération reposant sur la fidélité au partenaire, une explication complète ne pourra vraisemblablement pas se passer de la notion d’addiction.

Dans le document Évolution de la dépendance et homéostasie oxydative dans les symbioses insecte / Wolbachia (Page 129-136)