Les pucerons comptent parmi les plus importants ravageurs des cultures agronomiques. Un tel succès s’explique en grande partie par leur remarquable capacité à pouvoir s’adapter aux fluctuations de leur environnement. Ils sont en effet capables de mettre en œuvre une plasticité phénotypique extrême (le polyphénisme), où un même génotype peut produire des phénotypes alternatifs discrets adaptés à ces fluctuations. Ces insectes expriment notamment au cours de leur cycle de vie annuel un polyphénisme de reproduction leur permettant d’anticiper les saisons. Il se reproduisent ainsi clonalement (par parthénogénèse) au printemps et en été en générant d’importants dégâts sur les cultures via le détournement des nutriments de la plante, la sécrétion de toxines ou la transmission de phytovirus. A l’arrivée de l’automne, la diminution de la photopériode est perçue dans les têtes des pucerons puis ce signal est transduit vers leurs embryons qui basculent d’une mode de reproduction clonal vers un mode de reproduction sexué. Les individus sexués s’accouplent alors pour produire des œufs qui vont résister au froid hivernal dans un état diapausant, avant d’éclore au printemps et initier de nouvelles colonies parthénogénétiques. Dans la nature, les lignées capables d’effectuer ce basculement (dites CP pour Cycliquement Parthénogénétiques) coexistent avec des lignées ayant perdu cette capacité (dites OP pour Obligatoirement parthénogénétiques) et ne se reproduisant que clonalement. Des analyses de génomique des populations de lignées CP et OP du puceron du pois ont montré qu’une région génomique candidate de 840-kb contenant 32 gènes contrôlait cette variation du mode de reproduction. Cette région contient donc un ou plusieurs régulateurs majeurs de la capacité des pucerons à effectuer ce basculement. Des mutations dans les séquences codantes ou régulatrices d’un ou plusieurs de ces gènes et affectant soit la fonction de la protéine soit le niveau d’expression seraient ainsi responsables du phénotype OP. Le projet AphiSwitch a donc pour objectif de caractériser et tester fonctionnellement le rôle des meilleurs gènes candidats parmi cette région pour pouvoir in fine identifier le ou les gènes responsables de cette variation du mode de reproduction et ainsi identifier des régulateurs clefs de phénomène. Afin d’atteindre cet objectif, le projet implémentera trois tâches, se basant sur les expertises complémentaires en génomique fonctionnelle, biologie cellulaire et bioinformatique réunies par le consortium d’AphiSwitch. La première tâche aura pour objectif de générer une liste complète des meilleurs gènes candidats parmi les 32 de la région grâce à une combinaison d’approches de séquençage, d’analyse spatio-temporelle de leur expression et de biologie cellulaire. La seconde tâche visera à créer par mutagénèse dirigée via le système CRISPR-Cas9 des lignées KO (Knocked-Out) pour ces gènes. Les lignées mutantes seront ensuite soumises à une diminution de la photopériode afin d’identifier celle montrant un phénotype reproducteur et prouvant ainsi l’implication des gènes correspondants dans la régulation du basculement du mode de reproduction. La dernière tâche aura plus un objectif de développement méthodologique puisqu’elle visera à compléter la boîte à outils d’analyse fonctionnelle du puceron en mettant au point la transgénèse et le Knock-In (KI) via la système CRISPR. Ces développements pourront potentiellement être utilisés pour des expériences de sauvetage des phénotypes mutants et ainsi valider de façon définitive la fonction des gènes ciblés dans le phénomène. Ce travail permettra in fine d’identifier pour la toute première fois un ou plusieurs régulateurs majeurs du basculement de mode reproduction chez le puceron pouvant ensuite potentiellement servir de cible(s) privilégiée(s) pour le développement de méthodes de contrôle des populations de ce ravageur plus spécifiques et respectueuses de l’environnement.

Partenaires : INRAE IGEPP et Collège de France