Relation entre phénotype et génotype mitochondrial : mesure du métabolisme mitochondrial en fonction de la température chez deux haplotypes de Drosophila simulans

Pichaud, Nicolas (2011). Relation entre phénotype et génotype mitochondrial : mesure du métabolisme mitochondrial en fonction de la température chez deux haplotypes de Drosophila simulans. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Déaprtement de biologie, chimie et géographie, 180 p.

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Résumé

Les mitochondries sont des organites possédant leur propre matériel génétique
(ADN mitochondrial ou ADNmt), qui code pour des peptides interagissant avec ceux
codés par l'ADN nucléaire pour former les complexes du système de transport des
électrons (ETS) ainsi que l'ATP synthase. Ces complexes sont présumés évoluer
partiellement pour ajuster la phosphorylation oxydative (OXPHOS), essentielle pour
la production d'énergie de la cellule, en fonction des conditions environnementales
rencontrées par l'organisme. Il a été suggéré que la sélection sur l'ADNmt peut
mener à des haplotypes adaptés à différents environnements. Dans cette thèse,
Drosophila simulans a été choisie pour examiner le potentiel adaptatif des
divergences de l'ADN mitochondrial. Cette espèce ectotherme et eurytherme
présente trois haplogroupes (511, 5/11 et 5/111) subdivisés et géographiquement
distincts avec approximativement 3% de divergences inter-haplogroupes mais
n'ayant aucune subdivision nucléaire observée au niveau des loci codés par l'ADN
nucléaire. Le principal objectif de ce travail était d'examiner le rôle de l'ADN
mitochondrial sur l'établissement de caractères phénotypiques tel que le
métabolisme mitochondrial des haplotypes 5/11 et 5/111 de Drosophila simulans et de
déterminer le potentiel adaptatif des divergences du génome mitochondrial sur les
propiétés fonctionnelles des mitochondries en fonction des variations de
température.
Le premier objectif était d'identifier les différences au niveau des performances
mitochondriales et de la thermosensibilité associées à la divergence des mitotypes
5/11 et 5/111 de Drosophila simulans, et spécifiquement en évaluant l'activité des
différentes enzymes de l'ETS à quatre températures différentes en utilisant une
approche in vitro (isolations mitochondriales). Nous avons montré que les différentes
enzymes de l'ETS ont différentes thermosensibilités, ce qui peut mener à une
distribution différente du contrôle de la respiration par les composantes de l'ETS et
par les déshydrogénases en amont de l'ETS à différentes températures. Par
exemple, nous avons détecté un excès apparent au niveau du complexe IV
d'environ 604% et 613% pour 5/11 et 5/111 respectivement mais seulement à basse
température (12°C), ce qui nous a amené à penser que cela était dû à un
disfonctionnement des déshydrogénases à basse température. De plus le coefficient
de contrôle métabolique mesuré pour le même complexe augmentait en fonction de
la température passant de 0.09 à 12°C et atteignant jusqu'à 0.66 à 28°C.
Cependant, les mesures sur la respiration mitochondriale (efficacité de l'OXPHOS,
taux de respiration) n'ont pas démontrées de différences consistantes entre les
haplotypes mitochondriaux. Nous n'avons donc pas pu conclure sur le potentiel
adaptatif des divergences du génome mitochondrial à partir de ces résultats.
Le second volet de cette thèse reprenait les mêmes objectifs que le premier.
Cependant, pour ce chapitre, une nouvelle méthode (approche in situ) a été
développée sur des fibres musculaires perméabilisées en utilisant un protocole en
respirométrie à haute résolution afin de remplir ces objectifs et afin de comparer les
résultats obtenus avec ceux déjà décrits dans le chapitre 1. Nous avons montré, et
ce pour la première fois, que l'approche in situ est très appropriée pour évaluer les
performances mitochondriales chez des invertébrés et serait même plus pertinente
que l'approche in vitro. De plus hautes capacités catalytiques des complexes de
rETS ont été détectées à 24°C pour le mitotype s111, essentiellement lorsqu'il y avait
un flux d'électron élevé dans rETS (3712 et 2688 pmol 0 2.s·1.mg"1 de protéines pour
sil 1 et silii respectivement). Cette capacité catalytique plus élevée pour sili peut
donner un avantage à ce mitotype en terme d'intensité du métabolisme aérobie,
d'endurance, ou des deux si l'intensité de l'exercice qui peut être effectué au niveau
aérobique est dictée par la capacité aérobique du tissu. De plus, les résultats
obtenus sur la thermosensibilité ont montré que même si la température affecte les
capacités catalytiques des différentes enzymes de l'ETS, les mitotypes sM et silii ont
une grande tolérance aux variations de température.
Le troisième volet de cette thèse se concentrait sur l'évaluation du potentiel
adaptatif des divergences de l'ADNmt aux quatre températures déjà testées dans les
chapitres précédents en utilisant des introgressions. Ces introgressions consistent
au transfert de l'ADNmt d'un mitotype dans l'environnement nucléaire d'une
population possédant un autre mitotype (permettant un bris des interactions entre
ADN nucléaire et ADNmt).Les performances mitochondriales des haplotypes ainsi
créés (s/ll-introgressé et s/lli-contrôle) ont ensuite été mesurée avec l'approche in
situ. Si le caractère métabolique propre aux mitochondries de la population Sili
observé dans l'étude précédente était conféré par la spécificité de son haplotype
mitochondrial, ce caractère métabolique devrait également être observé dans une
population introgressée possédant ce même haplotype mitochondrial, mais un
génome nucléaire étranger. Nos résultats ont montré que les capacités catalytiques
des différentes enzymes de rETS dans les organismes introgressés (s/ll-introgressé)
étaient quasiment similaires à celles détectées dans le mitotype s111, du moins à
24°C. De plus, les différences entre sili et Silii détectées à 24°C dans le second volet
se retrouvent aussi entre s/ll-introgressé et s/lli -contrôle, dénotant que les propriétés
fonctionnelles des mitochondries sont principalement conférées par l'ADN
mitochondrial. Cependant, l'impact de la température divergeait entre s/11-introgressé
et s/lli-contrôle, principalement au niveau de l'excès apparent de COX à 12°C (excès
d'environ 193% pour srlil -contrôle, mais pas d'excès pour s/ll-introgressé) et au
niveau des coefficients de température (Q lO) mesurés entre 12 et 18°C. Il est donc
possible que les interactions entre ADN nucléaire et ADN mitochondrial soient
nécessaires pour permettre aux organismes de faire face aux variations de
température. C'est, selon nos connaissances, l'une des premières démonstrations
claires du potentiel adaptatif de différents ADNmt sur les propriétés fonctionnelles
des mitochondries.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Blier, Pierre
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Ballard, Bill
Information complémentaire :	Thèse présentée comme exigence partielle du doctorat en biologie UQAM-INRS-IAF extensionné à l'UQAR.
Mots-clés :	Mouche Drosophila Simulans Haplotype Phenotype Genotype Mitochondrie Metabolisme
Départements et unités départementales :	Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	04 avr. 2013 14:01
Dernière modification :	11 mars 2022 21:44
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/697

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