Sujets de me moires 2015-2016 URBE total

Thèmes de mémoires proposés par l’URBE (Unité de Recherche en Biologie Environnementale et Evolutive de l’Université de Namur. Master BOE 2015-­‐16 1.
2.
Génétique évolutive et écologie -­‐ LEGE (K Van Doninck) p2 -­‐ Echanges génétiques entre eucaryotes asexués, le cas des rotifères bdelloïdes -­‐ Etude du transfert horizontal de gènes chez le rotifère bdelloïde -­‐ Étudier l’effet de la dessiccation sur la fitness et la variabilité génétique d'un asexué métazoaire, le rotifère bdelloïde Adineta vaga -­‐ Comment survivre à la dessiccation et aux radiations ionisantes ? Mécanisme de réassemblage du génome chez les rotifères bdelloides Physiologie évolutive et adaptative -­‐ LEAP (F Silvestre) p8 -­‐ Plasticité phénotypique et mécanismes épigénétiques chez le killifish des mangroves, Kryptolebias marmoratus, comme potentiel adaptatif chez le seul vertébré connu se reproduisant par autofécondation -­‐
Effets postposés et transgénérationnels du triclosan sur le poisson zèbre. L’épigénétique peut-­‐elle expliquer la plasticité phénotypique pendant le développement ? -­‐ Impacts d’une élévation de la température sur la toxicité du cuivre chez le poisson zèbre. Analyses comportementales, protéomiques et épigénétiques sur plusieurs générations 3. Physiologie Environnemnetale et écotoxicologie ( P Kestemont) p12 -­‐ Effet d’un saut de température sur l’état de smoltification du saumon atlantique (Salmo salar L.) au cours de la migration de dévalaison. Une approche mécanistique -­‐ Etude des interactions entre stress et réponse immunitaire chez le sandre Sander lucioperca -­‐ Influence d’une infection bactérienne lors des premiers stades de vie sur la vulnérabilité et la réponse immunitaire du poissons-­‐zèbre adulte Danio rerio – Etude du phénomène de plasticité développementale -­‐ Etude in vitro de l’effet d’immunostimulants sur les réponses cellulaires osmorégulatrices
et immunitaires du poisson-chat asiatique Pangasianodon hypophthalmus -­‐ Influence des pratiques de production piscicole dans les retenues d’eau du Nord Bénin sur le niveau de contamination du Tilapia du Nil Oreochromis niloticus et du poisson chat africain Clarias gariepinus -­‐ Immune modulatory effect of different plant extracts on PBMC of striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus) 4. Environmental Ecosystem Ecology (F Delaender) p21 -­‐ DIVERSE WEBS -­‐ STRESSED COMMUNITIES: HAPPY TOGETHER OR IN A FIGHT? -­‐ PESTICIDES IN META-­‐COMMUNITIES -­‐ GETTING OLDER: HOW PERTURBATIONS AND SENESCENCE INTERACT 1 Sujets de mémoire du labo LEGE (K Van Doninck) In the laboratory of Karine Van Doninck at UNamur we seek to understand what mechanisms underlie the adaptability in the absence of sexual reproduction. We employ different tools (fieldwork, animal cytology, molecular biology, comparative genomics and bioinformatics) to study evolutionary processes at the level of populations, both experimental and natural, and genomes in asexual animal systems. LEGE : http://perso.fundp.ac.be/~kvandoni/ Titre du mémoire 1: « Echanges génétiques entre eucaryotes asexués, le cas des rotifères bdelloïdes » Résumé : Les rotifères bdelloïdes sont des microinvertébrés de zones éphémèrement humides connus au moins pour une caractéristique « scandaleuse » : l’absence totale de reproduction sexuée depuis plus de 60 millions d’années ! Cette longue évolution en absence de méiose est supportée par des études morphologiques, cytogénétiques et génomiques (Fontaneto et al, 2007 ; Hsu, 1956 ; Flot et al, 2013). Or, Les théories prédisent qu’un mode de reproduction strictement asexué est un cul-­‐de-­‐sac évolutif (Maynard Smith, 1986). Cependant, une découverte récente pourrait résoudre ce paradoxe évolutif. En effet, deux études indépendantes ont mis en évidence que les rotifères bdelloïdes étaient capables d’échanger de l’ADN entre individus d’une même espèce mais aussi entre individus d’espèces différentes (Debortoli et al, 2015 ; Signorovitch et al, 2015). Les mécanismes moléculaires impliqués dans ces échanges génétiques atypiques pour des eucaryotes supérieurs asexués restent néanmoins inconnus à ce jour. S’agit-­‐il d’une forme particulière de reproduction sexuée ou d’un processus alternatif apparenté à des transferts horizontaux massifs? Le but de ce mémoire est (1) d’identifier dans des populations naturelles de bdelloides rotifères des recombinants et (2) d’en étudier la structure génomique. L’identification de bdelloïdes recombinants se fera par génotypage en utilisant des marqueurs moléculaires déjà développés au laboratoire ou à mettre au point. Il s’agira également de déterminer la taille des fragments d’ADN transférés, ce qui donnera une indication sur la nature du mécanisme impliqué : le transfert d’ADN concerne-­‐t-­‐il un/des chromosome(s) ou des fragments d’ADN ? Par ailleurs, le séquencage de l’ADN mitochondrial permettra de tester l’hypothèse d’une éventuelle reproduction sexuée ayant généré les recombinants identifiés. Afin d’avoir une première idée de la structure du génome des rotifères isolés au cours de ce travail, la présence des palindromes et des points de ruptures de colinéarité entre les régions alléliques qui caractérisent le génome de notre rotifère bdelloide modèle Adineta vaga sera testée. Le caryotype des individus recombinants sera également réalisé. Enfin, la position chromosomique des marqueurs échangés sera révélée par hybridation in situ en fluorescence. Promoteur : Prof. K. Van Doninck (Unamur) Encadrants : M. Terwagne et N. Debortoli 2 Méthodes: Cultures de rotifères, extraction d’ADN, développement de marqueurs génétiques (PCR), clonage moléculaire, microscopie à fluorescence (caryotype, FISH), génomique comparative. Références : Debortoli, N., Li, X., Eyres, I., Fontaneto, D., Hespeels, B., Tang, C.Q., Flot, J.-­‐F. and Van Doninck, K. (2015) The end of an ancient asexual scandal: sapphomixis in the bdelloid rotifer Adineta vaga. Under submission. Flot J.-­‐F., Hespeels B., Li. X., , Noel, B., Arkhipova, I., Danchin, E.G., Hejnol, A., Henrissat, B., Koszul, R., Aury, J.M., Barbe, V., Barthélémy, R.M., Bast, J., Bazykin, G.A., Chabrol, O., Couloux, A., Da Rocha, M., Da Silva, C., Gladyshev, E., Gouret, P., Hallatschek, O., Hecox-­‐Lea, B., Labadie, K., Lejeune, B., Piskurek, O., Poulain, J., Rodriguez, F., Ryan, J.F., Vakhrusheva, O.A., Wajnberg, E., Wirth, B., Yushenova, I., Kellis, M., Kondrashov, A.S., Mark Welch, D.B., Pontarotti, P., Weissenbach J., Wincker, P., Jaillon, O. and Van Doninck, K. (2013). Genomic evidence for ameiotic evolution in the bdelloid rotifer Adineta vaga. Nature 500, 453-­‐457. Fontaneto D, Herniou EA, Boschetti C, Caprioli M, Melone G, Ricci C, Barraclough TG. (2007) Independently evolving species in asexual bdelloid rotifers. PLoS Biol. 5(4):e87. Hsu WS. (1956). Oogenesis in the bdelloidea rotifer Philodina roseola (Ehrenberg). La Cellule. 5:283–296. Maynard Smith J. (1986). Contemplating life without sex. Nature 324 300-­‐301. Signorovitch, A., Hur, J., Gladyshev, E., and Meselson, M. (2015). Allele sharing and evidence for sexuality in a 511 mitochondrial clade of bdelloid rotifers. Genetics 200, 1–10. 3 Titre du mémoire 2: Etude du transfert horizontal de gènes chez le rotifère bdelloïde. Résumé : Les rotifères bdelloïdes sont des microinvertébrés de zones éphémèrement humides connus au moins pour une caractéristique « scandaleuse » : l’absence totale de reproduction sexuée depuis plus de 60 millions d’années ! Cette longue évolution en absence de méiose est supportée par des études morphologiques, cytogénétiques et génomiques (Fontaneto et al, 2007 ; Hsu, 1956 ; Flot et al, 2013). Or, Les théories prédisent qu’un mode de reproduction strictement asexué est un cul-­‐de-­‐sac évolutif (Maynard Smith, 1986). Cependant, une découverte récente pourrait résoudre ce paradoxe évolutif : deux études indépendantes ont ainsi mis en évidence que les rotifères bdelloïdes étaient capables d’échanger de l’ADN entre individus d’une même espèce mais aussi entre individus d’espèces différentes (Debortoli et al, 2015 ; Signorovitch et al, 2015). Les mécanismes moléculaires sous-­‐jacents restent à ce jour inconnus mais ils pourraient s’agir de transferts horizontaux. En effet, la présence, dans le génome de notre rotifère bdelloïde modèle, Adineta vaga, d’une grande proportion de gènes d’origine non-­‐métazoaire (bactéries, champignons et plantes) suggère une propension naturelle de ces organismes pour les transferts génétiques horizontaux (Flot et al, 2013). Le but de ce mémoire est de reproduire en laboratoire les conditions requises pour l’internalisation d’ADN exogène et son intégration dans le génome de A. vaga. Il s’agira ainsi de tester l’hypothèse selon laquelle les transferts génétiques se produisent chez/entre les rotifères bdelloides pendant les périodes de dessiccation auxquelles ils sont naturellement régulièrement soumis et au cours desquelles leur génome est fragmenté (Hespeels et al., 2014). Pour ce faire, A. vaga sera exposée pendant et/ou après dessiccation à une banque d’ADN plasmidique portant un marqueur, tel le gène codant la green fluorescent protein et des fragments aléatoires d’ADN génomique. Une fois les premières lignées de rotifères transgéniques obtenues, une expérience visant à reproduire des échanges génétiques entre individus maintenu en coculture sera réalisée. Enfin, le rôle des gènes de recombinaison homologue dans les transferts génétiques horizontaux sera testé par ARN interférence. Promoteur : Prof. K. Van Doninck (UNamur), co-­‐promoteur : Prof. B. Hallet (UCL) Encadrants : M. Terwagne Méthodes: Culture de rotifères, Clonage moléculaire, Construction d’une banque d’ADN plasmidique, Microscopie à fluorescence, ARN interférence, Transfection. Références : Debortoli, N., Li, X., Eyres, I., Fontaneto, D., Hespeels, B., Tang, C.Q., Flot, J.-­‐F. and Van Doninck, K. (2015) The end of an ancient asexual scandal: sapphomixis in the bdelloid rotifer Adineta vaga. Under submission. Flot J.-­‐F., Hespeels B., Li. X., , Noel, B., Arkhipova, I., Danchin, E.G., Hejnol, A., Henrissat, B., Koszul, R., Aury, J.M., Barbe, V., Barthélémy, R.M., Bast, J., Bazykin, G.A., Chabrol, O., Couloux, A., Da Rocha, M., Da Silva, C., Gladyshev, E., Gouret, P., Hallatschek, O., Hecox-­‐Lea, B., Labadie, K., Lejeune, B., Piskurek, O., Poulain, J., Rodriguez, F., Ryan, J.F., Vakhrusheva, O.A., Wajnberg, E., Wirth, B., Yushenova, I., Kellis, M., Kondrashov, A.S., Mark Welch, D.B., Pontarotti, P., Weissenbach J., Wincker, P., Jaillon, O. and Van Doninck, K. (2013). Genomic evidence for ameiotic evolution in the bdelloid rotifer Adineta vaga. Nature 500, 453-­‐457. 4 Hespeels, B., Knapen, M., Hanot-­‐Mambres, D., Heuskin, A. C., Pineux, F., Lucas, S., Koszul, R., and Van Doninck, K. (2014). Gateway to genetic exchange? DNA double-­‐strand breaks in the bdelloid rotifer Adineta vaga submitted to desiccation. J. Evol. Biol. 27, 1334–1345. Maynard Smith J. (1986). Contemplating life without sex. Nature 324 300-­‐301. Signorovitch, A., Hur, J., Gladyshev, E., and Meselson, M. (2015). Allele sharing and evidence for sexuality in a 511 mitochondrial clade of bdelloid rotifers. Genetics 200, 1–10. 5 Titre du mémoire 3: Étudier l’effet de la dessiccation sur la fitness et la variabilité génétique d'un asexué métazoaire, le rotifère bdelloïde Adineta vaga. Résumé : Pour paraphraser Jane Austen, il est universellement reconnu que les métazoaires asexués sont condamnés à l'extinction à moyen ou long terme. Néanmoins, certains groupes semblent avoir échappé à ce destin, persistants à de longues échelles de temps sans avoir recours à la reproduction sexuée. Parmi eux, les rotifères bdelloïdes sont le cas le plus étudié. John Maynard Smith les a autrefois qualifiés de “scandale de l'évolution”. Comment un groupe constitué exclusivement de femelles asexués a-­‐t-­‐il pu devenir aussi diversifié, tant écologiquement qu'en terme de nombre d'espèces ? Le séquençage récent du génome du bdelloïde modèle Adineta vaga a révélé un génome à la structure incompatible avec la méiose conventionnelle, confirmant leur évolution à long terme sans méiose. Cependant, le génome montre des signatures d'acquisition de matériel génétique par transfert horizontal. Des études récentes de génétique des populations (Signorovitch et al, 2015; Debortoli et al, in press) ont, elles, démontré l'existence d'échanges cryptiques de matériel génétique entre rotifères. En plus de cette asexualité ancienne, la biologie des rotifères bdelloïdes a ceci de remarquable qu'ils sont capables de résister à la dessiccation à n'importe quel stade de leur vie. Durant la dessiccation, leur génome subit de dommages considérables qu'ils sont capables de réparer. C'est durant cette réparation du génome que l'on suppose que des éléments génétiques étrangers peuvent se retrouver incorporés (Hespeels et al, 2014). Etant hypothétique, les cycles de dessiccation et réhydratation pourraient donc tenir chez les rotifères bdelloïdes le rôle de la reproduction sexuée chez les autres espèces, permettant de générer de la variabilité génétique (promotion des mutations, réarrangement structuraux, duplications …) mais aussi d'éliminer des éléments génétiques délétères. Par ailleurs, bien que peut-­‐être en relation avec cette hypothèse, des études préliminaires suggèrent que les rotifères sortant de dessiccation voient leur fitness augmenter par rapport aux rotifères maintenus hydratés en permanence. Au sein de notre laboratoire, nous disposons de rotifères ayant été maintenus sur plusieurs dizaines de générations dans des populations à très faible effectif, maximisant la dérive génétique et empêchant les échanges génétiques entre individus. La dérive génétique est supposée avoir contribué à l'accumulation de mutations délétères. Le premier but de ce mémoire sera de confirmer ce potentiel déclin de fitness et de mettre au point le “fitness assay”. Ensuite, ces populations seront soumises à la dessiccation et l'effet sur la fitness sera évalué. L'hypothèse de travail étant que la dessiccation pourrait contribuer à restaurer celle-­‐ci. Parallèlement, nous utiliserons des marqueurs moléculaires pour suivre l'évolution de la variabilité génétique au sein de ces populations. Promoteur : Prof. K. Van Doninck (UNamur) Encadrants : A. Derzelle Méthodes: Culture de rotifères, « fitness assay », génotypage, dessiccation. 6 Titre du mémoire 4: Comment survivre à la dessiccation et aux radiations ionisantes ? Mécanisme de réassemblage du génome chez les rotifères bdelloides Résumé : Les rotifères bdelloïdes sont des micro-­‐invertébrés de ~1000 cellules dont les capacités de résistance aux stress sont hors du commun. Dans leur habitat naturel (mousses et les lichens), ces animaux subissent des cycles de dessiccation et de réhydration perpétuels et peuvent rester sous forme desséchée pendant plusieurs mois, voire plusieurs années. Ils sont également capables de survivre à des doses extrêmes de radiations ionisantes, au-­‐delà de 800 Gy (la dose létale pour l’homme se situant autour de 4-­‐6 Gy). Dans ces conditions, le génome de l’animal est fragmenté en plusieurs milliers morceaux qu’il est capable de réassembler. Nous pensons que c’est grâce à cette capacité unique à réparer et recombiner l’ADN que les rotifères bdelloides évoluent de manière asexuée depuis des millions d’années et sont devenus capables d’échanger des allèles entre individus ou d’acquérir de l’ADN exogène provenant de l’environnement. Les rotifères bdelloides sont également un système privilégié pour étudier des mécanismes cellulaires fondamentaux comme la réparation de l’ADN qui font défaut dans certaines pathologies humaines telles que le cancer. Comment les rotifères bdelloides sont-­‐ils capables de réparer l’ADN avec une telle efficacité ? Quels sont les mécanismes impliqués? Ces mécanismes sont-­‐ils les même dans la lignée somatique, pour assurer la survie de l’animal, et dans la lignée germinale, pour garantir sa descendance? Pour répondre à ces questions, le premier objectif de ce mémoire sera de mettre au point une méthode moléculaire basée sur l’électrophorèse en champs pulsé (PFGE) en vue d’étudier la structure du génome des rotifères après fragmentation et à différent stades de reconstruction. L’hybridation de l’ADN avec des sondes spécifiques permettra de mesurer et comparer les vitesses de réparation obtenues pour différentes régions du génome. L’utilisation d’inhibiteurs comme l’hydroxyurée (HU) ou l’aphidicoline permettra de déterminer si les processus de synthèse et de réplication de l’ADN sont impliqués dans le mécanisme. Le cas échéant, l’incorporation de nucléotides fluorescents dans l’ADN sera suivie par microscopie en appliquant les nouvelles méthodes de marquage basées sur la technologie ‘click’. La comparaison des profils obtenus chez les animaux soumis au stress (dessiccation ou radiation) avec ceux de leur descendance renseignera sur la fidélité des mécanismes de réparation opérant dans la lignée somatique et la lignée germinale. Au total, les résultats obtenus au terme de ce travail fourniront un premier modèle décrivant la dynamique du génome en cours de reconstruction et les mécanismes impliqués. Promoteurs : Prof. K. Van Doninck (UNamur) et B. Hallet (UCL) Encadrants : M. Lliros Méthodes: Culture de rotifères, purification d’ADN, PCR, clonage, électrophorèse analytique, Microscopie à fluorescence. 7 Thèmes de mémoire du labo LEAP (F Silvestre) LEAP aims to investigate how animals can cope with new conditions (such as pollutants, temperature and salinity) to acclimate, adapt and evolve in a changing environment. It integrates different levels of biological organisation : physiological, biochemical, behavioral, molecular. Different aquatic species are studied with priorities given to fish models : the zebrafish Danio rerio and the least killifish Heterandria formosa (freshwater species), and the mangrove rivulus Kryptolebias marmoratus (marine species). Ecological epigenetics and transgenerational epigenetic inheritance are at the heart of current researches. http://www.evolution-­‐physiology.be 1. Plasticité phénotypique et mécanismes épigénétiques chez le killifish des mangroves, Kryptolebias marmoratus, comme potentiel adaptatif chez le seul vertébré connu se reproduisant par autofécondation. Promoteur : Frédéric Silvestre ([email protected])
Equipe d’encadrement : Alexandre Fellous, Anne-Sophie Voisin, Alessandra Carion, Enora
Flamion
Travaux antérieurs : mémoires de Mélodie Locrel (2014)
Le killifish des mangroves, Kryptolebias marmoratus, est un poisson vivant dans les
mangroves de la zone Caraïbe, depuis la Floride jusqu’au nord de l’Amérique du Sud. Cette
espèce est exceptionnelle à plus d’un titre. D’abord, elle présente une très grande plasticité
phénotypique et peut survivre à des conditions qualifiées d’extrêmes (elle peut vivre plusieurs
semaines hors de l’eau). Ensuite, son mode de reproduction est unique chez les vertébrés
puisqu’elle se reproduit par androdioécie, des populations de mâles et d’hermaphrodites coexistent alors que les femelles sont absentes. Ainsi, les hermaphrodites peuvent se reproduire
par autofécondation, produisant des lignées isogéniques à degré élevé d’homozygocité. Cette
particularité permet l’étude de la plasticité phénotypique en l’absence de variabilité génétique
et permet donc la caractérisation de normes de réactions véritables. Il est dès lors possible
d’étudier les effets des perturbations environnementales (pollutions ou changements globaux)
sur la plasticité phénotypique de cette espèce et d’isoler des facteurs épigénétiques
responsables de cette plasticité. L’hypothèse sous-jacente est que des variations du niveau des
mécanismes épigénétiques, telle que la méthylation de l’ADN ou des histones, induisent de la
variabilité dans l’expression des gènes et, in fine, dans le phénotype. Ces recherches ont pour
finalité de déboucher sur des applications en terme de conservation des écosystèmes de
mangroves.
Ce thème de mémoire veut caractériser une partie des mécanismes épigénétiques de cette
espèce sur des lignées isogéniques présentant une forte plasticité phénotypique. La plasticité
phénotypique pourra être évaluée aux niveaux physiologique (tunnel de nage), cellulaire
(protéome et transcriptome) et/ou comportemental (traits de personnalité) en réponse à des
variations de l’environnement telles que : exposition à un perturbateur endocrinien pendant le
8 développement embryonnaire, variation de la salinité, contacts sociaux pendant le
développement. Les marques épigénétiques seront recherchées au niveau de la méthylation
et/ou de l’hydroxyméthylation de l’ADN dans divers organes dont principalement le cerveau
et le foie, grâce à des techniques de séquençage.
Ce mémoire s’inscrit dans une stratégie globale de développer les analyses épigénétiques en
écologie et d’appliquer cette approche à une nouvelle espèce, le killifish des mangroves. Des
collaborations avec des universités américaines (Californie, Alabama) et luxembourgeoises
font partie de ce projet L’étudiant intéressé devra montrer un intérêt certain pour les
techniques modernes de la biologie appliquées à des questions d’écologie et d’évolution. Ce
sujet peut déboucher sur une thèse de doctorat.
2. Effets postposés et transgénérationnels du triclosan sur le poisson zèbre. L’épigénétique peut-­‐elle expliquer la plasticité phénotypique pendant le développement ? Promoteur : Frédéric Silvestre ([email protected])
Equipe d’encadrement : Elodie Falisse, Enora Flamion
Travaux antérieurs : mémoires d’Anne-Sophie Voisin (2012) et de Quentin D’Hondt (2013)
L’épigénétique désigne l’étude des changements héritables de l’expression des gènes sans que
les séquences nucléotidiques ne soient modifiées. Les processus connus concernent aussi bien
le niveau de méthylation de l’ADN que les modifications post-traductionnelles des histones
ou encore les ARN interférents. Si le rôle joué par l’épigénétique est largement étudié dans le
domaine biomédical, notamment en cancérologie, son implication en écologie reste
actuellement débattu. Il apparaît toutefois que des modifications de l’environnement comme
le réchauffement climatique ou encore l’exposition à des polluants modifient l’expression des
gènes d’un organisme, soit comme conséquence délétère à cette exposition, soit comme
mécanisme compensatoire. Certaines de ces modifications sont le résultat de modifications
épigénétiques. De plus, ces processus peuvent, sous certaines conditions, être transmis de
générations en générations. Ce mécanisme d’adaptation rapide à l’environnement ouvre la
porte à de nouvelles théories de type néo-lamarckiennes, ayant comme finalité de compléter la
théorie synthétique de l’évolution.
L’objectif de ce thème de mémoire est d’étudier les effets du triclosan, un composé
bactéricide largement répandu, sur la plasticité phénotypique du poisson zèbre, Danio rerio,
lors de son développement embryonnaire (7 jours post-fertilisation). L’hypothèse de travail
est qu’une exposition à ce polluant pendant le début du développement peut modifier le
phénotype à l’âge adulte. Une seconde hypothèse est que ce phénotype modifié peut se
transmettre aux générations ultérieures via des mécanismes épigénétiques. Après exposition
des embryons et larves, la plasticité phénotypique pourra être analysée aux niveaux
comportemental (traits de personnalité), physiologique (tunnel de nage) et/ou biochimique. Le
phénotype cellulaire pourra être analysé aux niveaux protéomique et/ou transcriptomique sur
9 différents organes (cerveau, foie, etc). Enfin, la méthylation de l’ADN pourra être analysée
sur des sites spécifiques de certains gènes d’intérêt grâce au pyroséquençage.
Ce mémoire s’inscrit dans une stratégie globale de développer les analyses épigénétiques en
écologie. L’étudiant intéressé devra montrer un intérêt certain pour les techniques modernes
de la biologie appliquées à des questions d’écologie et d’évolution. Ce sujet peut déboucher
sur une thèse de doctorat.
3. Impacts d’une élévation de la température sur la toxicité du cuivre chez le poisson zèbre. Analyses comportementales, protéomiques et épigénétiques sur plusieurs générations. Promoteur: Frédéric Silvestre ([email protected])
Co-promoteur: Patrick Kestemont ([email protected])
Equipe d’encadrement: Enora Flamion
Travaux antérieurs : mémoires d’Emilie Schoofs (2014), d’Alessandra Carion (2013) et de
Maxime Moyano (2015)
Le réchauffement global concerne l’ensemble des êtres vivants. Si certains peuvent migrer
afin de rencontrer des conditions de vie optimales, d’autres n’ont comme unique alternative
que de s’adapter ou de disparaître. Si le débat scientifique sur l’existence du réchauffement
climatique est clos, ses conséquences sur l’homme et sur la biodiversité sont encore largement
inconnues. Ainsi, il est important d’évaluer les impacts qu’aurait une augmentation de la
température sur la toxicité des polluants. Une thèse de doctorat menée en URBE a déjà
montré que les interactions entre la température et une exposition au cadmium étaient
complexes chez le chabot (Dorts, 2011). De plus, afin de bien comprendre les effets possibles
sur l’évolution d’une espèce, des impacts transgénérationnels doivent être recherchés. Des
mécanismes épigénétiques (changements héritables de l’expression des gènes sans que les
séquences nucléotidiques ne soient modifiées) sont suspectés être à l’origine de modifications
de l’expression des gènes transmissibles de générations en générations.
L’objectif de ce mémoire est de continuer le travail initié lors de précédents mémoires. Il
s’agira d’étudier les interactions entre une augmentation de la température et une exposition à
un polluant métallique (le cuivre) chez un poisson modèle (Danio rerio) au niveau de sa
plasticité phénotypique. Cette dernière pourra être étudiée à différents niveaux :
physiologique, biochimique, protéomique et/ou transcriptomique. Enfin, le niveau de
méthylation globale de l’ADN et la méthylation de l’ADN sur des sites spécifiques de
plusieurs gènes d’intérêt pourront être analysés. 10 Ce mémoire s’inscrit dans une stratégie globale de développer les analyses épigénétiques en
écologie et d’étudier les effets combinés de plusieurs perturbateurs d’origine anthropique. Il
fera partie d’un projet PAI (Pôle d’Attraction Interuniversitaire) en collaboration avec les
Universités de Gand, d’Anvers, de Leuven et de Louvain-la-Neuve. L’étudiant intéressé devra
montrer un intérêt certain pour les techniques modernes de la biologie appliquées à des
questions d’écologie et d’évolution. Ce sujet peut déboucher sur une thèse de doctorat.
11 Thèmes de mémoires en physiologie environnementale et écotoxicologie (P Kestemont) Ecophysiologie – Ecologie appliquée Effet d’un saut de température sur l’état de smoltification du saumon atlantique (Salmo salar L.) au cours de la migration de dévalaison. Une approche mécanistique. Le cycle biologique du saumon se caractérise par l’accomplissement des premiers stades de vie en eau douce suivi d’une phase adulte et de croissance rapide en eau de mer avant de revenir au cours d’eau natal pour se reproduire. La smoltification est une pré-­‐adaptation à la vie en océan qui permet aux espèces de salmonidés anadromes de survivre à la transition d’un environnement dulcicole vers un environnement marin. De nombreux processus complexes, à la fois morphologiques, physiologiques et comportementaux, y sont associés tout au long de la migration de dévalaison. La température est un des facteurs clés, assurant le bon déroulement de ces modifications. Or, les grands cours d’eau sont souvent soumis à une utilisation anthropique intense qui en provoque le réchauffement. De ce fait, des sauts importants de température existent entre les rivières et les fleuves. L’impact de cette augmentation inopportune de la température durant une phase critique du cycle biologique du saumon reste encore fort méconnu. Le sujet de mémoire proposé s’inscrit dans un programme de recherche visant à comprendre la réponse physiologique des smolts suite à un saut de température sur leur parcours de migration. Des prélèvements réalisés lors d’une expérience simulant les conditions rencontrées sur le terrain serviront de base à une approche mécanistique, par puce à ARN à haut débit, pour tenter d’élucider les mécanismes moléculaire sous-­‐jacents. Pré-­‐requis : intérêt pour la faune piscicole, motivation pour le travail de terrain et de laboratoire, attrait pour l’endocrinologie des salmonidés et le traitement de données. Techniques employées: travaux de repeuplement, puce à ARN haut débit, bioinformatique Encadrements: Promoteur : Professeur Patrick KESTEMONT (UNamur), [email protected] Encadrement scientifique: Benoît BERNARD (UNamur), [email protected] Laboratoire : Unité de Recherche en Biologie Environnementale et Evolutive (UNamur) Mots clés : saumon atlantique, smoltification, physiologie, endocrinologie Partenaires potentiels : Région Wallonne (Pisciculture du Service de la Pêche à Erezée), INRA (Rennes) 12 Ecophysiologie – Aquaculture Sujet – Etude des interactions entre stress et réponse immunitaire chez le sandre Sander lucioperca Promoteur : Patrick Kestemont Encadrement scientifique : Robert Mandiki et Baptiste Redivo Contexte scientifique Le stress est un des principaux facteurs pouvant perturber à long terme le bien-­‐être animal. Des conditions stressantes chroniques peuvent entraîner une réduction de la capacité de croissance des poissons et réduire leur résistance aux maladies. A titre d’exemple, une vitesse de croissance réduite a été observée chez la perche commune (une espèce en cours de domestication) en relation avec une sensibilité élevée comparativement aux poissons d’aquaculture comme la truite (Jentoft et al., 2005). Chez le sandre, un percidé proche de la perche commune, une perturbation de la vitesse de croissance et une augmentation du taux de mortalité sont souvent observés après des manipulations zootechniques. Mais les réponses neurophysiologiques et immunitaires relatives au stress de captivité ne sont pas encore caractérisées pour cette dernière espèce malgré son intérêt actuel pour la diversification de l’aquaculture en Europe. La combinaison de facteurs jugés favorables au bien-­‐être du sandre en aquaculture vient d’être établie au sein de l’UNamur par une approche multifactorielle en partenariat avec l’Université de Lorraine. Objectifs : Compléter l’analyse des résultats d’une expérience visant l’identification des facteurs optimaux pour la captivité du sandre par uneapproche multifactorielle et un test de résistances aux bactérioses à base d’Aeromonas salmonicida. - Tester ces facteurs optimaux dans les conditions d’une pisciculture pilote de production de percidés en France, ASIALOR. - Caractériser les paramètres zootechniques et physiologiques (immunité et stress) en conditions idéales d’élevage. Expérimentation et techniques : - Un premier screening multifactoriel a permis de comparer in vivo huit facteurs de stress à deux modalités en vue de déterminer les conditions d’élevage les plus impactant sur la plan de la capacité de croissance, du statut physiologique et immunitaire. Une expérience de confirmation a été mise en place afin de comparer : la combinaison idéale et les conditions d’élevage standard pour l’aquaculture du sandre. Il s’agira d’analyser les échantillons afin d confirmer les résultats de l’approche multifactorielle. Ensuite, ces poissons seront soumis à un challenge bactérien afin de voir la résistance des poissons face à une infection bactérienne. - Techniques utilisées : . Elisa et spectrophotométrie : Cortisol, glucose, activité des lysozymes, activité du complément, etc . RT-­‐PCR : Gènes de l’immunité (TNFα, lysozyme, etc) . HPLC: Sérotonine et métabolites, dopamine -
13 Collaborations : ce mémoire s’inscrit dans le cadre d’un projet européen (FP7-­‐Diversify) sur la biologie des espèces de poissons en cours de domestication en Europe. Il sera mené en collaboration avec l’Université de Lorraine. 14 Ecophysiologie – immunologie adaptative Influence d’une infection bactérienne lors des premiers stades de vie sur la vulnérabilité et la réponse immunitaire du poissons-­‐zèbre adulte Danio rerio – Etude du phénomène de plasticité développementale Promoteur : Patrick KESTEMONT Encadrement scientifique : Jessica DOUXFILS Contexte scientifique Des agressions environnementales aux jeunes stades de vie peuvent avoir un impact important sur les réponses ultérieures de l’organisme. En effet, bien que ces dernières soient initialement déterminées par le génome de l’individu, elles peuvent être affectées/réorientées en cours de vie suite à l’influence de facteurs extérieurs. Ce processus, mieux connu sous le nom de « plasticité développementale », semble résulter de différences dans l’expression de gènes à l’âge adulte induites par des processus épigénétiques, c’est à dire par une régulation de l’expression génique mitotiquement stable et indépendante de la séquence de l’ADN. L’épigénome s’adapte aux changements environnementaux, particulièrement durant la gestation et les premiers stades de vie. Dans ce contexte d’étude, l’infection bactérienne précoce chez le poisson constitue une thématique intéressante -­‐ les poissons étant fréquemment sujets à l’infection durant les stades de développement embryonnaire et larvaire, bien avant la maturation de leur système immunitaire. L’élargissement des connaissances sur la plasticité développementale et mécanismes épigénétiques sous-­‐jacents pourraient être bénéfiques en aquaculture comme dans l’environnement (traitement préventif dès les jeunes stades de vie). Objectifs Le projet vise à étudier si des infections de type Aeromonas chez le poisson-­‐zèbre au cours du développement peuvent altérer la structure épigénétique (niveau de méthylation) de certains gènes (par ex. immunitaires) et moduler leur expression à l’âge adulte. Méthodologie Des larves de poisson-­‐zèbres seront infectées expérimentalement par une souche virulente d’Aeromonas selon une ou plusieurs modalités (infection précoce aigue et/ou chronique). Une fois parvenus à l’âge adulte, les poissons seront ré-­‐infectés et les tissus immunitaires seront prélevés. Le niveau d’expression de gènes immunitaires d’intérêt sera analysé par qRT-­‐PCR. Les gènes présentant une différence d’expression selon le vécu infectieux seront alors soumis à une analyse du niveau de méthylation de leur séquence par pyroséquencage au bisulfite pour suivre les changements épigénétiques. Techniques utilisées : -­‐
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Biologie moléculaire : Extraction d’ARN et d’ADN, mise au point et réalisation de qRT-­‐
PCR, traitement d’ADN au bisulfite, pyroséquençage, analyse bio-­‐informatique des données… Microbiologie : techniques de culture bactérienne, travail en conditions stériles, inoculation de pathogènes sur animaux 15 -­‐
Manipulation d’animaux : manipulation de géniteurs et reproduction, élevage des larves, infection, soins quotidiens, anesthésie/euthanasie et microdissection dans le respect des protocoles de bioéthique. Le mémoire sera mené exclusivement à l’Université de Namur, au sein de l’Unité de Recherche en Biologie Environnementale et évolutive. 16 Ecophysiologie
Etude in vitro de l’effet d’immunostimulants sur les réponses cellulaires
osmorégulatrices et immunitaires du poisson-chat asiatique Pangasianodon
hypophthalmus.
Promoteur : Patrick Kestemont
Encadrement scientifique : Mélodie Schmitz
Objectif : Confronter des cellules à plusieurs stress environnementaux (stress osmotique,
pathogène) rencontrés en aquaculture et tenter d’améliorer la réponse cellulaire grâce à
l’utilisation d’immunostimulants tels que la vitamine A ou la curcumine (à préciser
ultérieurement).
Le poisson-chat asiatique est un poisson d’eau douce soumis à des élevages intensifs dans le
Sud Est de l’Asie et exporté à grande échelle dans plus de 150 pays, notamment dans l’Union
Européenne et aux Etats Unis. Le Vietnam est de loin le plus gros exportateur de poissonchat, produisant chaque année près de 1.2 million de tonnes de poisson, ce qui représente 1.77
million de US$ dans le marché alimentaire mondial. Au Vietnam, 77 % des élevages sont
localisés dans le delta du Mékong, actuellement bouleversé par des changements climatiques
importants, notamment la montée du niveau de la mer.
Des globules blancs de poisson-chat asiatique seront exposés in vitro à un ou divers
immunostimulants tels que la vitamine A ou la curcumine. Les globules blancs seront incubés
dans des solutions d’osmolarité croissante. Plusieurs paramètres osmorégulateurs
(mouvements cellulaires du noyau et du cytosquelette, formation éventuelle de protrusions
cellulaires) et immunitaires (cytométrie en flux, marqueurs immunitaires simples, réponse
face à une attaque pathogène, éventuellement protéomique) seront étudiés et comparés entre
les globules blancs stimulés et non stimulés. Les cellules seront également exposées à un
pathogène intracellulaire courant en aquaculture, la bactérie GRAM négative Edwardsiella
ictaluri.
Le mémoire sera principalement mené à l’Université de Namur, au sein de l’Unité de
Recherche en Biologie Environnementale et évolutive. Il fera appel à de nombreux outils
utilisés en biologie et en culture cellulaire et permettra à l’étudiant de se former à de
nombreuses techniques couramment utilisées en laboratoire. L’étudiant fera preuve
d’autonomie et de motivation, s’occupera et manipulera les animaux utilisés en laboratoire
dans le respect des protocoles de bioéthique.
17 Ecophysiologie – Ecotoxicologie en milieu tropical Influence des pratiques de production piscicole dans les retenues d’eau du Nord Bénin sur le niveau de contamination du Tilapia du Nil Oreochromis niloticus et du poisson chat africain Clarias gariepinus Promoteur : Patrick KESTEMONT, Co-­‐promoteur : Ibrahim IMOROU TOKO Encadrement scientifique : Robert MANDIKI, Léa GUEDEGBA Contexte scientifique : Le Nord Bénin dispose d’énormes potentialités aquacoles à travers la présence des retenues d’eau qui étaient au départ construites pour abreuver les animaux et les populations riveraines et qui sont utilisées aujourd’hui à des fins piscicoles pour lutter contre la faible disponibilité des produits halieutiques. On dénombre actuellement plus de 215 retenues d’eau dans cette partie du pays (DGE, 2008), soit 82,7% des retenues construites sur le territoire national. Tous ces ouvrages hydroagricoles sont gérés de façon communautaire par un comité élu localement, et la grande majorité de ces milieux font actuellement l’objet d’exploitation piscicole après empoissonnement artificiel en eau libre, en enclos, ou encore en cages flottantes. Or, le nord Bénin est une zone de forte production cotonnière et la culture de cet "or blanc" exige l'utilisation d'importantes quantités de pesticides. La plupart de ceux-­‐ci font des écosystèmes aquatiques riverains, dont les retenues d’eau, leur réceptacle final. Ils intègrent les chaines alimentaires aquatiques causant des dégâts préjudiciables, non seulement sur les peuplements aquatiques, mais aussi sur l'Homme, utilisateur final de ces ressources. Objectifs L’objectif général de cette étude est d’évaluer les niveaux de bioaccumulation et l’impact biologique des molécules phytosanitaires (acétamipride, lambdacyhalothrine) chez des poissons pêchés dans les retenues d’eau en fonction des techniques piscicoles utilisées (en cage flottante, en enclos, ou en eau libre) et des saisons (sèche et pluvieuse). Plus spécifiquement, il s’agira de : -­‐
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déterminer la technique piscicole qui rend plus vulnérable ou qui expose plus les poissons produits dans les retenues d’eau à l’effet des pesticides utilisés, évaluer le niveau de contamination des poissons pendant les différentes saisons. Méthodologie -­‐
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Choix des retenues d’eau pour l’étude, Mise en place des techniques et empoissonnement des retenues, Prélèvements (sang et différents organes) sur les poissons Oreochromis niloticus et Clarias gariepinus à différentes périodes, dosages des marqueurs de contamination sélectionnés sur la base des études antérieures. Méthodes à utiliser : Spectrophotométrie et éventuellement Q-­‐PCR pour la mesure de certains marqueurs immunologiques au niveau protéique ou transcriptomique, Radioimmunoassay pour 18 la détermination des profils stéroïdiens, ELISA pour le dosage de la vitellogénine, histologie des gonades, du foie ou du rein et interprétation histopathologique. Mémoire réalisé dans le cadre du projet PRD Aquatox Bénin (ARES-­‐CCD). Collaboration avec l’Université de Parakou (Nord Bénin), l’Université de Liège (Profs B. Schiffers, ML Scippo et T. Jauniaux) et l’INERIS (France). Expérimentation dans les structures expérimentales qui seront installés dans les retenues d’eau sélectionnées dans les communes de Gogounou, Kandi et Banikoara (Nord Bénin), analyses endocrinologiques à l’URBE (UNamur), dosage des contaminants par GC-­‐MS à l’ULG et dosage ELISA de la VTG à l’INERIS. Possibilité de financement du voyage et du séjour par l’ARES-­‐CCD. 19 Ecophysiologie – Aquaculture en milieu tropical Immune modulatory effect of different plant extracts on PBMC of striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus) Promotor: Prof. Patrick Kestemont (URBE – UNamur) Supervisor: Dr Bui Thi Bich Hang (Can Tho University, Vietnam) Description: Striped catfish Pangasianodon hypophthalmus has known an increasing growth of its production, reaching annually more than 1.3 million of tons from 2010. This huge increase of production has been feasible through to high stocking density, inducing an increasing use of chemicals and antibiotics to cope with parasites and bacterial diseases. As a eco-­‐friendly alternative to the use of antibiotics, the efficiency of plant extracts to stimulate the fish immune system will be evaluated through in vitro tests using Peripheral Blood Mononuclear cells (PBMC) of striped catfish. Validation will be done through in vivo test with striped catfish juveniles Materials -­‐ Plant extracts: 7-­‐10 species of medicinal plant. -­‐ PBMC will be collected from striped catfish -­‐ Chemicals for immune variables analysis Experimental design: -­‐ PBMC of striped catfish will be exposed to plant extracts in different concentrations. -­‐ With negative control (Methanol or another solvent) and positive control (LPS of E. coli) -­‐ Cells will be harvested after 48 or 72h of culture Variables -­‐ Cell viability will be tested for every day of culture using MTS assay kit -­‐ Immune response: Lysozyme activity, complement activity, total of Ig will be tested after 48 or 72h of culture -­‐ Gene expression: 7 immune genes of acute phase response (transferrin, C-­‐reactive protein and precerebellin like protein), complement (C3 and factor B), adaptive response (2a MHC class II) and cytokine (interleukin-­‐1β) will be analysed by realtime PCR. Translation elongation of 18s rRNA and β-­‐actin will be used as house-­‐keeping reference genes. Travel grants can be obtained through ARES-­‐CCD cooperation programme 20 Thèmes de mémoire du labo Environental Ecosystem Ecology (F Delaender) TITLE: DIVERSE WEBS DESCRIPTION: For the present master thesis, we are looking for a student who will conduct community level experiments to test how chemicals affect the biodiversity of planktonic food-­‐webs composed of primary producers and primary consumers. The work will involve sampling organisms from the field, establishing cultures and conducting controlled microcosm experiments in the lab. If the candidate is interested, we can add a modeling component to the thesis as well. For further information on the lab, please visit the laboratory website http://www.eeecology.eu/. PROMOTOR: F. De Laender TITLE: STRESSED COMMUNITIES: HAPPY TOGETHER OR IN A FIGHT? DESCRIPTION: Using controlled microcosm experiments with zooplankton we will study how species interactions allow species to stably coexist or cause some species to win and others to go extinct. More specifically, we are interested in learning if chronic stress (here, caused by low doses of a toxic chemical) changes these interactions and, if so, changes what species wins. The work will involve sampling organisms from the field, establishing cultures and conducting controlled microcosm experiments in the lab. If the candidate is interested, we can add a modeling component to the thesis as well. For further information on the lab, please visit the laboratory website http://www.eeecology.eu/. PROMOTOR: F. De Laender 21 TITLE: PESTICIDES IN META-­‐COMMUNITIES DESCRIPTION: In this project, we want to examine how a pesticide and plankton organisms move across a spatial network of microcosms. How does the mobility of the pesticide affect the overall effects on the whole network (‘meta-­‐community’)? How does the mobility of the exposed organisms change this result? The work will involve sampling organisms from the field, establishing cultures and conducting controlled microcosm experiments in the lab. If the candidate is interested, we can add a modeling component to the thesis as well. For further information on the lab, please visit the laboratory website http://www.eeecology.eu/. PROMOTOR: F. De Laender TITLE: GETTING OLDER: HOW PERTURBATIONS AND SENESCENCE INTERACT DESCRIPTION: Evolutionary theory dictates that high extrinsic mortality reduces the ability of a population to produce individuals that get old. However, it is not clear if this is also true for the microbial world, where life cycles are shorter and therefore evolution occurs more rapidly. In this thesis we want to examine exactly this question by using microcosm setups with populations of phyto-­‐ and zooplankton species. The work will involve sampling organisms from the field, establishing cultures and conducting controlled microcosm experiments in the lab. If the candidate is interested, we can add a modeling component to the thesis as well. For further information on the lab, please visit the laboratory website http://www.eeecology.eu/. PROMOTOR: F. De Laender 22