Chapitre 29 - Renforcer les capacités individuelles et institutionnelles dans la recherche en santé globale en Afrique

Introduction Les maladies émergentes et réémergentes continuent de représenter une menace pour la santé humaine et animale en Afrique. En parallèle, les exigences croisées de la croissance démographique, du développement économique, de la sécurité alimentaire et de la conservation de la biodiversité posent d’importants défis à la santé humaine, animale et écosystémique. Ces pressions sont plus intenses en Afrique que dans la plu..

One health, une seule santé

One Health, « Une seule santé », est une stratégie mondiale visant à développer les collaborations interdisciplinaires pour la santé humaine, animale et environnementale. Elle promeut une approche intégrée, systémique et unifiée de la santé aux échelles locale, nationale et mondiale, afin de mieux affronter les maladies émergentes à risque pandémique, mais aussi s'adapter aux impacts environnementaux présents et futurs. Bien que ce mouvement s’étende, la littérature en français reste rare. Traduit de l’anglais, coordonné par d’éminents épidémiologistes et s'appuyant sur un large panel d' approches scientifiques rarement réunies autour de la santé, cet ouvrage retrace les origines du concept et présente un contenu pratique sur les outils méthodologiques, la collecte de données, les techniques de surveillance et les plans d’étude. Il combine recherche et pratique en un seul volume et constitue un ouvrage de référence unique pour la santé mondiale

Evolution of the genetic make-up of seed nutritives tissues

Chez les plantes à graine, l'albumen est un tissu nourricier surprenant, puisqu'il résulte de la double fécondation, qui est la fécondation concomitante de l'oosphère d'une part, et de la cellule mère de l'albumen, la cellule centrale, d'autre part. Dans cette thèse, nous étudions les pressions de sélection qui déterminent l'évolution de l'albumen et pourraient expliquer l'évolution (1) de la double fécondation, (2) d'un doublement des contributions maternelles dans la cellule centrale, (3) de la polysporie, qui consiste en la participation de plusieurs produits de méiose à la formation du gamétophyte, et (4) de l'empreinte parentale, l'expression différentielle des allèles maternels et paternels.Ces innovations modifient l'hétérozygotie dans le tissu nourricier et par conséquent, ont le potentiel de changer l'hétérosis de la graine. Dans cette thèse, nous commençons par étudier comment les changements génétiques qui découlent de la double fécondation, du doublement des contributions maternelles, de la polysporie et de l'empreinte parentale modifient l'hétérosis, ce qui peut jouer en faveur ou en défaveur de leurs évolutions. Puis, nous faisons une revue des données disponibles dans la littérature pour tester si ces traits sont le résultat d'un conflit mâle-femelle sur l'allocation des ressources. Enfin, nous étudions de manière expérimentale les patrons de l'allocation des ressources chez le maïs, pour tester si les embryons sont en compétition pour les ressources, ce qui est une des conditions nécessaires pour qu'un conflit sur l'allocation des ressources ait lieu.Nos modèles théoriques nous permettent de décrire un conflit mâle-femelle sur l'exposition des allèles délétères dans les tissus pour lesquels l'expression des gènes est asymétrique. Ce conflit n'avait jamais été décrit auparavant, et ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de l'évolution de l'expression génétique. L'analyse des données indique que les théories alternatives à la théorie du conflit sur l'allocation des ressources ont parfois un bon pouvoir explicatif, et méritent par conséquent d'être d'avantage explorées. Enfin, notre étude expérimentale sur le maïs montre que la compétition entre embryons est prédominante lors de l'allocation des ressources chez cette espèce, ce qui est concordant avec les prédictions de la théorie du conflit sur l'allocation.In seed plants, the endosperm is a surprising nutritive tissue, because it results from double fertilization, an eccentricity which results from the parallel fertilization of the egg cell on the one hand, and of the mother cell of the endosperm, the central cell, on the other hand. In this thesis, we study the selective pressures which drive the evolution of the endosperm and may explain the evolution of (1) double fertilization, (2) a doubling of maternal contributions in the central cell, (3) polyspory, the participation of several meiotic products to the gametophyte and (4) imprinting, the differential expression of maternal and paternal alleles. These innovations modify heterozygosity in the endosperm and as a consequence, have the potential to change heterosis in the seed. In this thesis, we first investigate how genetic changes that result from double fertilization, doubling of maternal contribution, polyspory and imprinting modify heterosis, which may play in favour or against the evolution of these traits. Second, we review the available data to test whether these traits are the result of a male-female conflict over resource allocation. Finally, we study experimentally patterns of resource allocation in maize to assess whether embryos compete for resources, which is a necessary condition for the conflict over resource allocation to occur. Our theoretical models allow us to describe a male-female conflict over the exposition of deleterious alleles in tissues with asymmetrical gene expression. This conflict had never been described before and opens perspectives for understanding the evolution of gene expression. We conclude from our analysis of data that theories which are alternative to the conflict theory over resource allocation may have a better explanatory power and therefore deserve to be further explored. Finally, our experimental study in maize shows that competition between embryos drives resource allocation in this species, which is consistent with predictions of the conflict over resource allocation theory

Evolution de la composition génétique du tissu nourricier de la graine (Double fécondation, polysporie et empreinte parentale)

Chez les plantes à graine, l'albumen est un tissu nourricier surprenant, puisqu'il résulte de la double fécondation, qui est la fécondation concomitante de l'oosphère d'une part, et de la cellule mère de l'albumen, la cellule centrale, d'autre part. Dans cette thèse, nous étudions les pressions de sélection qui déterminent l'évolution de l'albumen et pourraient expliquer l'évolution (1) de la double fécondation, (2) d'un doublement des contributions maternelles dans la cellule centrale, (3) de la polysporie, qui consiste en la participation de plusieurs produits de méiose à la formation du gamétophyte, et (4) de l'empreinte parentale, l'expression différentielle des allèles maternels et paternels.Ces innovations modifient l'hétérozygotie dans le tissu nourricier et par conséquent, ont le potentiel de changer l'hétérosis de la graine. Dans cette thèse, nous commençons par étudier comment les changements génétiques qui découlent de la double fécondation, du doublement des contributions maternelles, de la polysporie et de l'empreinte parentale modifient l'hétérosis, ce qui peut jouer en faveur ou en défaveur de leurs évolutions. Puis, nous faisons une revue des données disponibles dans la littérature pour tester si ces traits sont le résultat d'un conflit mâle-femelle sur l'allocation des ressources. Enfin, nous étudions de manière expérimentale les patrons de l'allocation des ressources chez le maïs, pour tester si les embryons sont en compétition pour les ressources, ce qui est une des conditions nécessaires pour qu'un conflit sur l'allocation des ressources ait lieu.Nos modèles théoriques nous permettent de décrire un conflit mâle-femelle sur l'exposition des allèles délétères dans les tissus pour lesquels l'expression des gènes est asymétrique. Ce conflit n'avait jamais été décrit auparavant, et ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de l'évolution de l'expression génétique. L'analyse des données indique que les théories alternatives à la théorie du conflit sur l'allocation des ressources ont parfois un bon pouvoir explicatif, et méritent par conséquent d'être d'avantage explorées. Enfin, notre étude expérimentale sur le maïs montre que la compétition entre embryons est prédominante lors de l'allocation des ressources chez cette espèce, ce qui est concordant avec les prédictions de la théorie du conflit sur l'allocation.In seed plants, the endosperm is a surprising nutritive tissue, because it results from double fertilization, an eccentricity which results from the parallel fertilization of the egg cell on the one hand, and of the mother cell of the endosperm, the central cell, on the other hand. In this thesis, we study the selective pressures which drive the evolution of the endosperm and may explain the evolution of (1) double fertilization, (2) a doubling of maternal contributions in the central cell, (3) polyspory, the participation of several meiotic products to the gametophyte and (4) imprinting, the differential expression of maternal and paternal alleles. These innovations modify heterozygosity in the endosperm and as a consequence, have the potential to change heterosis in the seed. In this thesis, we first investigate how genetic changes that result from double fertilization, doubling of maternal contribution, polyspory and imprinting modify heterosis, which may play in favour or against the evolution of these traits. Second, we review the available data to test whether these traits are the result of a male-female conflict over resource allocation. Finally, we study experimentally patterns of resource allocation in maize to assess whether embryos compete for resources, which is a necessary condition for the conflict over resource allocation to occur. Our theoretical models allow us to describe a male-female conflict over the exposition of deleterious alleles in tissues with asymmetrical gene expression. This conflict had never been described before and opens perspectives for understanding the evolution of gene expression. We conclude from our analysis of data that theories which are alternative to the conflict theory over resource allocation may have a better explanatory power and therefore deserve to be further explored. Finally, our experimental study in maize shows that competition between embryos drives resource allocation in this species, which is consistent with predictions of the conflict over resource allocation theory.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Ploidy and the Evolution of Endosperm of Flowering Plants

In angiosperms, spermatozoa go by pair in each pollen grain and fertilize, in addition to the egg cell, one of its sister cells, called the central cell. This “double fertilization” leads to the embryo on the one hand and to its nutritive tissue, the endosperm, on the other hand. In addition, in most flowering plants, the endosperm is triploid because of a doubled maternal genetic contribution in the central cell. Most of the hypotheses trying to explain these eccentricities rest on the assumption of a male/female conflict over seed resource allocation. We investigate an alternative hypothesis on the basis of the masking of deleterious alleles. Using analytical methods, we show that a doubled maternal contribution and double fertilization tend to be favored in a wide range of conditions when deleterious mutations alter the function of the endosperm. Furthermore, we show that these conditions vary depending on whether these traits are under male or female control, which allows us to describe a new type of male/female conflict

Enhancer Runaway and the Evolution of Diploid Gene Expression

<div><p>Evidence is mounting that the evolution of gene expression plays a major role in adaptation and speciation. Understanding the evolution of gene regulatory regions is indeed an essential step in linking genotypes and phenotypes and in understanding the molecular mechanisms underlying evolutionary change. The common view is that expression traits (protein folding, expression timing, tissue localization and concentration) are under natural selection at the individual level. Here, we use a theoretical approach to show that, in addition, in diploid organisms, enhancer strength (i.e., the ability of enhancers to activate transcription) may increase in a runaway process due to competition for expression between homologous enhancer alleles. These alleles may be viewed as self-promoting genetic elements, as they spread without conferring a benefit at the individual level. They gain a selective advantage by getting associated to better genetic backgrounds: deleterious mutations are more efficiently purged when linked to stronger enhancers. This process, which has been entirely overlooked so far, may help understand the observed overrepresentation of cis-acting regulatory changes in between-species phenotypic differences, and sheds a new light on investigating the contribution of gene expression evolution to adaptation.</p></div

Variation of fitness (W, y-axis) as a function of the percentage of defective proteins noted %a (x-axis, from 0% in AA homozygotes to 100% in aa homozygotes) in different genotypes, where E1 and E2 are the weaker and stronger enhancer alleles respectively (e₂ > e₁).

<p>This function is necessarily monotonic and concave when deleterious mutations are recessive (h < ½).</p

Schematic representation of protein expression and fitness of gene heterozygotes.

<p>Here, the strengths of two enhancer alleles are represented by their ability to attract transcription factors. Four genotypes are represented: weaker enhancer homozygote (a), stronger enhancer homozygote (d) and enhancer locus heterozygotes (b) and (c). In enhancer locus heterozygotes, the stronger enhancer is either associated with the deleterious gene allele (b) or with the viable gene allele (c). Corresponding fitnesses are indicated. Note that we consider here a case where the total amount of proteins produced is constant.</p

Comparative rate of enhancer strength escalation in models with or without self-fertilization.

<p>Axes and simulation methods are the same than for <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1005665#pgen.1005665.g004" target="_blank">Fig 4</a>. Selfing rate <i>p</i>_<i>s</i> is 0, 0.2 and 0.7 on blue, red and green curves, respectively. In all three cases, enhancer strength escalation is faster with larger mutational variance σ_E² on the enhancer locus. Self-fertilization slows down the ER process.</p

Comparative doubling times of enhancer strength escalation in models considering different selection pressures acting on overall gene expression.

<p>Y-axis indicates doubling times of enhancer strength (the expected number of generations needed to double the initial enhancer strength) according to the mutation size standard deviation on enhancers (x-axis). Because in all models presented, enhancer strength increases open-endedly in average, this doubling time measures the rate of escalation (see <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1005665#sec007" target="_blank">methods</a>). The mutation size standard deviation on enhancer strength (<i>σ</i>_<i>E</i>) is a measure of the magnitude of mutational input (see <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1005665#sec007" target="_blank">methods</a>). In model 2 (plain lines), overall expression of one gene is involved in a dosage relationship with the overall expression of another gene. Overall expression is determined by one enhancer locus per gene, and any departure from optimal dosage is costly. In model 3 (dashed lines), the absolute amount of protein produced is under stabilizing selection, but expression level is influenced by both an enhancer and a TF locus. In both models, stabilizing selection intensity is scaled by the intensity of selection at the gene locus (see <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1005665#sec007" target="_blank">methods</a>). Deceleration of ER process due to stabilizing selection is illustrated for <i>γ</i> values equal to 0 (in red), 1 (in green), 5 (in blue) and 10 (in purple). Doubling times were obtained using stochastic simulations (see <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1005665#sec007" target="_blank">methods</a>).</p