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

Abstract

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