The domiciliation process of bloodsucking bug vectors of Chagas disease : contribution of the transcriptome chemosensory study
Le processus de domiciliation des punaises hématophages vectrices de la maladie de Chagas : apport de l’étude du transcriptome chimiosensoriel
Résumé
In Latin America, the bloodsucking bugs (Triatominae, Hemiptera, Reduviidae) are vectors of the parasite Trypanosoma cruzi, which causes Chagas disease. More than five million people are infected. Even if chemical control campaigns are effective against vectors, the disease persists due to the recolonization of human habitations by vectors from natural habitats. Some species have the capacity to adapt to anthroposystems (domiciliation process), while other related species do not. Understanding this capacity to adapt is crucial from an epidemiological perspective to target species at risk to humans. The capacity to adapt to a new habitat could be linked to changes in the repertoire of chemosensory system genes, particularly for odorant binding proteins (OBP) and chemosensory proteins (CSP), which are important proteins to detect various odor stimuli. This study is based on the chemosensory system of Triatominae to document the adaptation process and then the domiciliation of the vectors. Transcriptomic data obtained by high-throughput sequencing were used to annotate and list the chemosensory genes and also to compare their expression in bloodsucking bugs from different habitats. The relationship between changes in these genes in different Triatominae species and their ability to adapt to a new habitat was evaluated.The species T. brasiliensis, which is in the process of domiciliation in Brazil with sylvatic, peridomiciliary and domiciliary populations, and various species of the genus Rhodnius from diverse habitats were studied, especially the two sibling species R. robustus, sylvatic in the Amazonia and R. prolixus mostly domiciliary throughout its geographical range.In the absence of a reference genome for T. brasiliensis, a reference transcriptome via de novo assembly (data 454 and Illumina) was achieved. The reference transcriptomes for 10 Rhodnius species were also established using the de novo assembly method. A genome reference based method on R. prolixus was also used to assemble the transcriptome of the two species R. prolixus and R. robustus. In the different species of the Triatominae studied, the chemosensory gene repertoire showed a high diversity and genic expansions compared to that of others Paraneoptera, which could reflect adaptive process. Furthermore, a positive correlation was shown between the number of OBP genes in Rhodnius species and their domiciliation ability, suggesting that this gene family is involved in the adaptation to anthropogenic environment.The differential expression analyses on the T. brasiliensis populations and the R. prolixus / R. robustus species showed that some transcripts are differentially expressed according to the environment in which the bugs have evolved, especially the chemosensory genes (OBP, CSP) and also genes involved in the circadian rhythm and foraging behavior (Takeout), in the response to environmental stress such as detoxification genes (P450, glutathione S-transferase), in resistance to climatic changes (heat-shock proteins) and in protection from the external environment (cuticular proteins).This work has helped make available to the scientific community powerful tools for studying the process of domiciliation of Chagas disease vectors (transcriptome, gene repertoire). It also revealed genes that could be involved in the adaptation and/or phenotypic plasticity in response to a change in habitat.Understanding the molecular basis of vector adaptation to human dwellings opens the potential to develop new tools to control the disease vectors, for example by disrupting chemical communication.
En Amérique Latine, les punaises hématophages Triatominae transmettent à l’homme le parasite Trypanosoma cruzi, responsable de la maladie de Chagas touchant actuellement 5 millions de personnes. Même si les programmes d’éradication chimique des vecteurs sont efficaces, la maladie persiste du fait de la recolonisation des habitations humaines par des vecteurs provenant d’habitats naturels. Ainsi, certaines espèces présentent une capacité d’adaptation aux anthroposystèmes (processus de domiciliation), alors que d’autres espèces apparentées ne l’ont pas. Comprendre cette capacité d’adaptation est crucial d’un point de vue épidémiologique afin de cibler les espèces présentant un risque pour l’homme. La capacité à s’adapter à un nouvel habitat pourrait être liée à l’évolution du répertoire de gènes du système chimiosensoriel, important pour la perception du milieu. Cette étude a porté sur le système chimiosensoriel des Triatominae dans le but de documenter le processus d’adaptation et donc de domiciliation des vecteurs. Des données transcriptomiques obtenues en séquençage à haut débit ont été utilisées pour annoter et répertorier les gènes chimiosensoriels ainsi que pour comparer leur expression au sein de punaises hématophages d’habitats différents. L’existence d’une relation entre les variations de ces gènes chez différentes espèces de Triatominae et leur capacité d’adaptation à un habitat a par la suite été évaluée. L’espèce T. brasiliensis en voie de domiciliation au Brésil et présentant à la fois des populations sylvatiques, péri-domiciliaires et domiciliaires, et différentes espèces du genre Rhodnius d’habitats variés, ont été étudiées, notamment les deux espèces sœurs, R. robustus, sylvatique en Amazonie et R. prolixus majoritairement domiciliée dans toute son aire de répartition. En l’absence de génomes de références suffisamment proches de T. brasiliensis et des 10 espèces de Rhodnius étudiées, leurs transcriptomes ont été assemblés de novo. Les transcriptomes des deux espèces R. prolixus et R. robustus ont été assemblés par alignement sur le génome de R. prolixus. Chez ces différentes espèces de Triatominae étudiées, l’analyse du répertoire des gènes chimiosensoriels codant les OBPs et CSPs (familles multigéniques) comparé à celui d’autres Paranéoptères a montré des expansions géniques pouvant refléter des processus adaptatifs. Par ailleurs, chez les différentes espèces du genre Rhodnius, il existe une corrélation positive entre le nombre de gènes codant les OBPs et la capacité de domiciliation, suggérant l’implication de cette famille de gènes dans l’adaptation au milieu anthropique.Les analyses d’expression différentielle concernant les différentes populations de T. brasiliensis et les espèces R. prolixus/R. robustus ont montré qu’un certain nombre de transcrits sont différentiellement exprimés selon l’environnement dans lequel ont évolué les punaises notamment des gènes chimiosensoriels (OBPs, CSPs) ainsi que des gènes impliqués dans le rythme circadien et le comportement de recherche alimentaire (Takeout), dans la réponse à des stress environnementaux comme des gènes de détoxification (P450, glutathione S-transférase), dans la résistance à des changements climatiques (Heat-shock protéines) et dans la protection du milieu extérieur (protéines cuticulaires). Ce travail a permis de mettre à la disposition de la communauté scientifique des outils performants pour l’étude du processus de domiciliation des vecteurs de la maladie de Chagas (transcriptome, répertoire de gènes). Il a également permis de révéler des gènes qui pourraient être impliqués dans l’adaptation et/ou la plasticité phénotypique en réponse à un changement d’habitat. La compréhension des bases moléculaires de l’adaptation des vecteurs aux habitations humaines ouvre des potentialités de développer des méthodes alternatives de lutte contre les vecteurs qui pourraient être basées sur une perturbation de la communication chimique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)