Évolution de la colle produite par les larves de drosophiles pour la métamorphose

Bioadhesives are a great natural resource for innovations and characterizing mechanisms that are involved in bioadhesion process could help developing new biocompatible and biodegradable materials with novel properties. Drosophila flies produce a glue at the end of the larval stage which allows the pupa to stay firmly attach to a substrate during metamorphosis. Although D. melanogaster has been extensively studied in the laboratory, little is known about the role and the evolution of fly glue. During my thesis,I aimed at better characterizing the properties, the function as well as the evolution of Drosophila glue. We first designed a simple pull-off force test which allows us to measure the adhesion of individual pupae. Using this test, we showed that D. melanogaster glue interacts with polarizable substrates and that Drosophila glue adhesion may rely on non covalent interactions between charged surfaces. Then, we found that the glue protects pupa from being collected by ant predators. Drosophila glue thus represents a crucial trait for fly survival.We observed that adhesion varies between but also within species originating from different locations. To better characterize the evolution of the glue genes, we analyzed the sequences of several Drosophila genomes for which the assembly within the repeat regions is good. Our study revealed that the eight glue genes evolved differently. In particular,Sgs1, Sgs3, Sgs7 and Sgs8 display low diversity in D. melanogaster whereas Sgs5 andSgs5bis show high diversity which may be due to local adaptations in these lines. UsingRNAi lines to specifically inactivate the expression of each glue genes, we provide the first evidence that Sgs1 and Sgs3 contribute to the adhesive properties of Drosophile glue. Finally, in the species Megaselia scalaris, our experiments suggest that the fluid produced by their salivary glands is not involved in the adhesion of the pupa but in defense against larva's predators. My thesis work allows to develop a new promising model for the study of species adaptation: Drosophila glue. Furthermore, it paves the way for future works aiming at deciphering the mechanisms of bioadhesion.Les bioadhésifs représentent une ressource naturelle riche. Comprendre les mécanismes impliqués dans les processus de bioadhésion pourrait mener au développement de nouveaux matériaux, aux propriétés nouvelles, qui seraient biodégradables et biocompatibles. Les mouches de drosophile produisent une colle à la fin du dernier stade larvaire qui permet à la pupe de rester attachée à un substrat pendant plusieurs jours.Bien que l'espèce Drosophila melanogaster ait été intensément étudiée et soit un organisme modèle en biologie, la fonction et l'évolution de cette colle restent encore largement inconnues. L'objectif de ma thèse a été de mieux caractériser les propriétés adhésives, la fonction ainsi que l'évolution de la colle de drosophile. Dans un premier temps, nous avons mis en place un dispositif simple permettant de mesurer la force d'adhésion des pupes. Grâce à ce test, nous avons montré que la colle de D. melanogaster adhère de façon similaire à différent substrats polarisables. Ces résultats suggèrent que l'adhésion de la colle est permise par des interactions non covalentes entredeux surfaces chargées. Dans un second temps, nous avons montré que la colle empêche les fourmis prédatrices de pupes de rapporter les pupes à la colonie pour les consommer.La colle représente donc un trait de caractère important pour la survie des individus.Nous avons observé que l'adhésion varie entre espèces et aussi entre lignées provenant de différentes régions. Afin de mieux caractériser l'évolution des gènes de colle, nous avons analysé les séquences de plusieurs génomes de drosophiles, pour lesquels l'assemblage des régions répétées était de bonne qualité. Notre étude a révélé que les huit gènes de colle évoluent de façon différente. En particulier, Sgs1, Sgs3, Sgs7 et Sgs8 montrent peu de diversité alors que Sgs5 et Sgs5bis montrent un fort niveau de diversité qui pourrait être lié à l'adaptation locale des lignées étudiées. En utilisant des lignées RNAi pour inactiver spécifiquement l'expression de chaque gène de la colle, nous avons mis en évidence pour la première fois la contribution de deux gènes de colle, Sgs1 et Sgs3 aux propriétés adhésives de la colle de drosophile. Enfin, chez l'espèce Megaselia scalaris, nos expériences suggèrent que le fluide produit par les glandes salivaires de M. scalaris n'est pas impliqué dans l'adhésion de l'animal mais dans sa défense vis-à-vis d'attaques de la larve.Mon travail de thèse a permis de développer un nouveau modèle très prometteur pour l'étude de l'adaptation des espèces: la colle de drosophile. De plus, il ouvre la voie à de futures études visant à mieux comprendre les mécanismes de bioadhésion

Évolution de la colle produite par les larves de drosophiles pour la métamorphose

Bioadhesives are a great natural resource for innovations and characterizing mechanisms that are involved in bioadhesion process could help developing new biocompatible and biodegradable materials with novel properties. Drosophila flies produce a glue at the end of the larval stage which allows the pupa to stay firmly attach to a substrate during metamorphosis. Although D. melanogaster has been extensively studied in the laboratory, little is known about the role and the evolution of fly glue. During my thesis,I aimed at better characterizing the properties, the function as well as the evolution of Drosophila glue. We first designed a simple pull-off force test which allows us to measure the adhesion of individual pupae. Using this test, we showed that D. melanogaster glue interacts with polarizable substrates and that Drosophila glue adhesion may rely on non covalent interactions between charged surfaces. Then, we found that the glue protects pupa from being collected by ant predators. Drosophila glue thus represents a crucial trait for fly survival.We observed that adhesion varies between but also within species originating from different locations. To better characterize the evolution of the glue genes, we analyzed the sequences of several Drosophila genomes for which the assembly within the repeat regions is good. Our study revealed that the eight glue genes evolved differently. In particular,Sgs1, Sgs3, Sgs7 and Sgs8 display low diversity in D. melanogaster whereas Sgs5 andSgs5bis show high diversity which may be due to local adaptations in these lines. UsingRNAi lines to specifically inactivate the expression of each glue genes, we provide the first evidence that Sgs1 and Sgs3 contribute to the adhesive properties of Drosophile glue. Finally, in the species Megaselia scalaris, our experiments suggest that the fluid produced by their salivary glands is not involved in the adhesion of the pupa but in defense against larva's predators. My thesis work allows to develop a new promising model for the study of species adaptation: Drosophila glue. Furthermore, it paves the way for future works aiming at deciphering the mechanisms of bioadhesion.Les bioadhésifs représentent une ressource naturelle riche. Comprendre les mécanismes impliqués dans les processus de bioadhésion pourrait mener au développement de nouveaux matériaux, aux propriétés nouvelles, qui seraient biodégradables et biocompatibles. Les mouches de drosophile produisent une colle à la fin du dernier stade larvaire qui permet à la pupe de rester attachée à un substrat pendant plusieurs jours.Bien que l'espèce Drosophila melanogaster ait été intensément étudiée et soit un organisme modèle en biologie, la fonction et l'évolution de cette colle restent encore largement inconnues. L'objectif de ma thèse a été de mieux caractériser les propriétés adhésives, la fonction ainsi que l'évolution de la colle de drosophile. Dans un premier temps, nous avons mis en place un dispositif simple permettant de mesurer la force d'adhésion des pupes. Grâce à ce test, nous avons montré que la colle de D. melanogaster adhère de façon similaire à différent substrats polarisables. Ces résultats suggèrent que l'adhésion de la colle est permise par des interactions non covalentes entredeux surfaces chargées. Dans un second temps, nous avons montré que la colle empêche les fourmis prédatrices de pupes de rapporter les pupes à la colonie pour les consommer.La colle représente donc un trait de caractère important pour la survie des individus.Nous avons observé que l'adhésion varie entre espèces et aussi entre lignées provenant de différentes régions. Afin de mieux caractériser l'évolution des gènes de colle, nous avons analysé les séquences de plusieurs génomes de drosophiles, pour lesquels l'assemblage des régions répétées était de bonne qualité. Notre étude a révélé que les huit gènes de colle évoluent de façon différente. En particulier, Sgs1, Sgs3, Sgs7 et Sgs8 montrent peu de diversité alors que Sgs5 et Sgs5bis montrent un fort niveau de diversité qui pourrait être lié à l'adaptation locale des lignées étudiées. En utilisant des lignées RNAi pour inactiver spécifiquement l'expression de chaque gène de la colle, nous avons mis en évidence pour la première fois la contribution de deux gènes de colle, Sgs1 et Sgs3 aux propriétés adhésives de la colle de drosophile. Enfin, chez l'espèce Megaselia scalaris, nos expériences suggèrent que le fluide produit par les glandes salivaires de M. scalaris n'est pas impliqué dans l'adhésion de l'animal mais dans sa défense vis-à-vis d'attaques de la larve.Mon travail de thèse a permis de développer un nouveau modèle très prometteur pour l'étude de l'adaptation des espèces: la colle de drosophile. De plus, il ouvre la voie à de futures études visant à mieux comprendre les mécanismes de bioadhésion

Évolution de la colle produite par les larves de drosophiles pour la métamorphose

Bioadhesives are a great natural resource for innovations and characterizing mechanisms that are involved in bioadhesion process could help developing new biocompatible and biodegradable materials with novel properties. Drosophila flies produce a glue at the end of the larval stage which allows the pupa to stay firmly attach to a substrate during metamorphosis. Although D. melanogaster has been extensively studied in the laboratory, little is known about the role and the evolution of fly glue. During my thesis,I aimed at better characterizing the properties, the function as well as the evolution of Drosophila glue. We first designed a simple pull-off force test which allows us to measure the adhesion of individual pupae. Using this test, we showed that D. melanogaster glue interacts with polarizable substrates and that Drosophila glue adhesion may rely on non covalent interactions between charged surfaces. Then, we found that the glue protects pupa from being collected by ant predators. Drosophila glue thus represents a crucial trait for fly survival.We observed that adhesion varies between but also within species originating from different locations. To better characterize the evolution of the glue genes, we analyzed the sequences of several Drosophila genomes for which the assembly within the repeat regions is good. Our study revealed that the eight glue genes evolved differently. In particular,Sgs1, Sgs3, Sgs7 and Sgs8 display low diversity in D. melanogaster whereas Sgs5 andSgs5bis show high diversity which may be due to local adaptations in these lines. UsingRNAi lines to specifically inactivate the expression of each glue genes, we provide the first evidence that Sgs1 and Sgs3 contribute to the adhesive properties of Drosophile glue. Finally, in the species Megaselia scalaris, our experiments suggest that the fluid produced by their salivary glands is not involved in the adhesion of the pupa but in defense against larva's predators. My thesis work allows to develop a new promising model for the study of species adaptation: Drosophila glue. Furthermore, it paves the way for future works aiming at deciphering the mechanisms of bioadhesion.Les bioadhésifs représentent une ressource naturelle riche. Comprendre les mécanismes impliqués dans les processus de bioadhésion pourrait mener au développement de nouveaux matériaux, aux propriétés nouvelles, qui seraient biodégradables et biocompatibles. Les mouches de drosophile produisent une colle à la fin du dernier stade larvaire qui permet à la pupe de rester attachée à un substrat pendant plusieurs jours.Bien que l'espèce Drosophila melanogaster ait été intensément étudiée et soit un organisme modèle en biologie, la fonction et l'évolution de cette colle restent encore largement inconnues. L'objectif de ma thèse a été de mieux caractériser les propriétés adhésives, la fonction ainsi que l'évolution de la colle de drosophile. Dans un premier temps, nous avons mis en place un dispositif simple permettant de mesurer la force d'adhésion des pupes. Grâce à ce test, nous avons montré que la colle de D. melanogaster adhère de façon similaire à différent substrats polarisables. Ces résultats suggèrent que l'adhésion de la colle est permise par des interactions non covalentes entredeux surfaces chargées. Dans un second temps, nous avons montré que la colle empêche les fourmis prédatrices de pupes de rapporter les pupes à la colonie pour les consommer.La colle représente donc un trait de caractère important pour la survie des individus.Nous avons observé que l'adhésion varie entre espèces et aussi entre lignées provenant de différentes régions. Afin de mieux caractériser l'évolution des gènes de colle, nous avons analysé les séquences de plusieurs génomes de drosophiles, pour lesquels l'assemblage des régions répétées était de bonne qualité. Notre étude a révélé que les huit gènes de colle évoluent de façon différente. En particulier, Sgs1, Sgs3, Sgs7 et Sgs8 montrent peu de diversité alors que Sgs5 et Sgs5bis montrent un fort niveau de diversité qui pourrait être lié à l'adaptation locale des lignées étudiées. En utilisant des lignées RNAi pour inactiver spécifiquement l'expression de chaque gène de la colle, nous avons mis en évidence pour la première fois la contribution de deux gènes de colle, Sgs1 et Sgs3 aux propriétés adhésives de la colle de drosophile. Enfin, chez l'espèce Megaselia scalaris, nos expériences suggèrent que le fluide produit par les glandes salivaires de M. scalaris n'est pas impliqué dans l'adhésion de l'animal mais dans sa défense vis-à-vis d'attaques de la larve.Mon travail de thèse a permis de développer un nouveau modèle très prometteur pour l'étude de l'adaptation des espèces: la colle de drosophile. De plus, il ouvre la voie à de futures études visant à mieux comprendre les mécanismes de bioadhésion

Évolution de la colle produite par les larves de drosophiles pour la métamorphose

Les bioadhésifs représentent une ressource naturelle riche. Comprendre les mécanismes impliqués dans les processus de bioadhésion pourrait mener au développement de nouveaux matériaux, aux propriétés nouvelles, qui seraient biodégradables et biocompatibles. Les mouches de drosophile produisent une colle à la fin du dernier stade larvaire qui permet à la pupe de rester attachée à un substrat pendant plusieurs jours.Bien que l'espèce Drosophila melanogaster ait été intensément étudiée et soit un organisme modèle en biologie, la fonction et l'évolution de cette colle restent encore largement inconnues. L'objectif de ma thèse a été de mieux caractériser les propriétés adhésives, la fonction ainsi que l'évolution de la colle de drosophile. Dans un premier temps, nous avons mis en place un dispositif simple permettant de mesurer la force d'adhésion des pupes. Grâce à ce test, nous avons montré que la colle de D. melanogaster adhère de façon similaire à différent substrats polarisables. Ces résultats suggèrent que l'adhésion de la colle est permise par des interactions non covalentes entredeux surfaces chargées. Dans un second temps, nous avons montré que la colle empêche les fourmis prédatrices de pupes de rapporter les pupes à la colonie pour les consommer.La colle représente donc un trait de caractère important pour la survie des individus.Nous avons observé que l'adhésion varie entre espèces et aussi entre lignées provenant de différentes régions. Afin de mieux caractériser l'évolution des gènes de colle, nous avons analysé les séquences de plusieurs génomes de drosophiles, pour lesquels l'assemblage des régions répétées était de bonne qualité. Notre étude a révélé que les huit gènes de colle évoluent de façon différente. En particulier, Sgs1, Sgs3, Sgs7 et Sgs8 montrent peu de diversité alors que Sgs5 et Sgs5bis montrent un fort niveau de diversité qui pourrait être lié à l'adaptation locale des lignées étudiées. En utilisant des lignées RNAi pour inactiver spécifiquement l'expression de chaque gène de la colle, nous avons mis en évidence pour la première fois la contribution de deux gènes de colle, Sgs1 et Sgs3 aux propriétés adhésives de la colle de drosophile. Enfin, chez l'espèce Megaselia scalaris, nos expériences suggèrent que le fluide produit par les glandes salivaires de M. scalaris n'est pas impliqué dans l'adhésion de l'animal mais dans sa défense vis-à-vis d'attaques de la larve.Mon travail de thèse a permis de développer un nouveau modèle très prometteur pour l'étude de l'adaptation des espèces: la colle de drosophile. De plus, il ouvre la voie à de futures études visant à mieux comprendre les mécanismes de bioadhésion.Bioadhesives are a great natural resource for innovations and characterizing mechanisms that are involved in bioadhesion process could help developing new biocompatible and biodegradable materials with novel properties. Drosophila flies produce a glue at the end of the larval stage which allows the pupa to stay firmly attach to a substrate during metamorphosis. Although D. melanogaster has been extensively studied in the laboratory, little is known about the role and the evolution of fly glue. During my thesis,I aimed at better characterizing the properties, the function as well as the evolution of Drosophila glue. We first designed a simple pull-off force test which allows us to measure the adhesion of individual pupae. Using this test, we showed that D. melanogaster glue interacts with polarizable substrates and that Drosophila glue adhesion may rely on non covalent interactions between charged surfaces. Then, we found that the glue protects pupa from being collected by ant predators. Drosophila glue thus represents a crucial trait for fly survival.We observed that adhesion varies between but also within species originating from different locations. To better characterize the evolution of the glue genes, we analyzed the sequences of several Drosophila genomes for which the assembly within the repeat regions is good. Our study revealed that the eight glue genes evolved differently. In particular,Sgs1, Sgs3, Sgs7 and Sgs8 display low diversity in D. melanogaster whereas Sgs5 andSgs5bis show high diversity which may be due to local adaptations in these lines. UsingRNAi lines to specifically inactivate the expression of each glue genes, we provide the first evidence that Sgs1 and Sgs3 contribute to the adhesive properties of Drosophile glue. Finally, in the species Megaselia scalaris, our experiments suggest that the fluid produced by their salivary glands is not involved in the adhesion of the pupa but in defense against larva's predators. My thesis work allows to develop a new promising model for the study of species adaptation: Drosophila glue. Furthermore, it paves the way for future works aiming at deciphering the mechanisms of bioadhesion

Drosophila glue protects from predation

International audienceAnimals can be permanently attached to a substrate in terrestrial environments at certain stages of their development. Pupa adhesion has evolved multiple times in insects and is thought to maintain the animal in a place where it is not detectable by predators. Here, we investigate whether pupa adhesion in Drosophila can also protect the animal by preventing potential predators from detaching the pupa. We measured the adhesion of Drosophila species sampled from the same area and found that pupa adhesion varies among species, which can be explained by different glue production strategies. Then, we compared attached and manually detached pupae in both field and laboratory assays to investigate the role of pupa adhesion to prevent predation. First, we found that attached pupae remain onsite 30% more than detached pupae in the field after 3 days, probably because they are less predated. Second, we observed that attached pupae are less efficiently predated by ants in the laboratory: they are not carried back to the ant nest and more ants are needed to consume them onsite. Our results show that pupa adhesion can prevent the animal from being taken away by predators and is crucial for Drosophila fly survival

Higher evolutionary dynamics of gene copy number for Drosophila glue genes located near short repeat sequences

Abstract Background During evolution, genes can experience duplications, losses, inversions and gene conversions. Why certain genes are more dynamic than others is poorly understood. Here we examine how several Sgs genes encoding glue proteins, which make up a bioadhesive that sticks the animal during metamorphosis, have evolved in Drosophila species. Results We examined high-quality genome assemblies of 24 Drosophila species to study the evolutionary dynamics of four glue genes that are present in D. melanogaster and are part of the same gene family - Sgs1, Sgs3, Sgs7 and Sgs8 - across approximately 30 millions of years. We annotated a total of 102 Sgs genes and grouped them into 4 subfamilies. We present here a new nomenclature for these Sgs genes based on protein sequence conservation, genomic location and presence/absence of internal repeats. Two types of glue genes were uncovered. The first category (Sgs1, Sgs3x, Sgs3e) showed a few gene losses but no duplication, no local inversion and no gene conversion. The second group (Sgs3b, Sgs7, Sgs8) exhibited multiple events of gene losses, gene duplications, local inversions and gene conversions. Our data suggest that the presence of short “new glue” genes near the genes of the latter group may have accelerated their dynamics. Conclusions Our comparative analysis suggests that the evolutionary dynamics of glue genes is influenced by genomic context. Our molecular, phylogenetic and comparative analysis of the four glue genes Sgs1, Sgs3, Sgs7 and Sgs8 provides the foundation for investigating the role of the various glue genes during Drosophila life

Female attraction depends on mating status.

<p>Virgin (light purple) and mated (dark purple) day 2 adult <i>C</i>. <i>remanei</i> females were given a choice between virgin day 1 adult <i>C</i>. <i>remanei</i> male and female pheromones. Each replicate is represented as an individual point and the mean attraction to males is given by the horizontal bar. The null hypothesis of no choice is given by the dashed line. Virgin females showed a strong preference for males over females (χ² = 17.5, d.f. = 1, p < 0.0001), while mated females displayed no choice (p = 0.70). Asterisks denote a significant deviation from the null hypothesis within each signal-chooser combination.</p

Males are more attracted to virgin females than mated females within and between species.

<p>Virgin, day 2 adult <i>C</i>. <i>remanei</i> males (blue) and <i>C</i>. <i>elegans</i> males (orange) were given a choice between virgin and mated female pheromone (<i>C</i>. <i>remanei</i> females shown as circles and <i>C</i>. <i>elegans</i> females shown as triangles). Each replicate is represented as an individual point and the mean attraction to virgin females is given by the horizontal bar. Conspecific assays are shown as solid point and heterospecific assays as open points. The null hypothesis of no choice is given by the dashed line. In each assay males were more attracted to virgin females than mated ones. However, the strength of male attraction was dependent on the species of both the chooser and the signaler (Test of homogeneity across all four assays: χ² = 22.0, d.f. = 3, p < 0.0001). Asterisks denote a significant deviation from the null hypothesis within each signal-chooser combination.</p

Quantifying male and female pheromone-based mate choice in <i>Caenorhabditis</i> nematodes using a novel microfluidic technique

<div><p>Pheromone cues are an important component of intersexual communication, particularly in regards to mate choice. <i>Caenorhabditis</i> nematodes predominant rely on pheromone production for mate finding and mate choice. Here we describe a new microfluidic paradigm for studying mate choice in nematodes. Specifically, the Pheromone Arena allows for a constant flow of odorants, including pheromones and other small molecules, to be passed in real time from signaling worms to those making a choice without any physical contact. We validated this microfluidic paradigm by corroborating previous studies in showing that virgin <i>C</i>. <i>remanei</i> and <i>C</i>. <i>elegans</i> males have a strong preference for virgin females over mated ones. Moreover, our results suggest that the strength of attraction is an additive effect of male receptivity and female signal production. We also explicitly examine female choice and find that females are more attracted to virgin males. However, a female’s mate choice is strongly dependent on her mating status.</p></div

Microfluidic Pheromone Arena for mate choice assays.

<p>(A) Blueprint for the Pheromone Arena (v2.1; <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0189679#pone.0189679.s001" target="_blank">S1 File</a>). The three inlets correspond to the three worm chambers: inlets 1 and 2 connect to the upstream chambers and inlet 3 connects to the downstream chamber. All the chambers have a pillar-array (shown as circles) spaced 100um apart to allow for natural worm movement. An 18um filter separates the downstream chamber from the upper two chambers and from the outlet. Extra resistance was added to the outlet distribution to decrease the overall flow rate. (B) Close-up of the distribution network for loading females into the upstream, signaling chambers. (C) An alternative loading distribution network for loading males as the pheromone signalers. (D) Close-up of the filter separating chambers. (E) Visualization of how the laminar flow dynamics create two distinct environments in the downstream chamber using red and blue dyes. (F) Visualization of worms in the device. After being loaded, worms move freely throughout their chamber without passing into another chamber.</p