Implication of an odorant-binding protein in precopulatory behaviour and interaction with the bacterial microbiota
Implication d'une protéine de liaison aux odorants dans le comportement précopulatoire et l'interaction avec le microbiote bactérien
Abstract
Chemoreception allows animals to detect nutritive food and avoid toxic compounds. Volatile and non-volatile chemical compounds, which are detected by olfactory and gustatory sensory organs, can trigger feeding and reproductive behaviours in animals such as Drosophila melanogaster. Inside chemosensory organs, perireceptor proteins like odorant-binding proteins (OBPs) serve to transport odorant and tastant molecule to dedicated receptors. OBPs are not only involved in chemoreception but also in several other functions. A recent study revealed an interaction between insect microbiota and OBP expression while another one showed that microbes can promote nutrient harvesting on food. In our project, we used Drosophila melanogaster as a model organism, to find a link between the presence of bacteria, the expression of OBPs and behavioural performance of flies. More particularly, we investigated the expression of OBP56d and OBP56g, both present in the adult chemosensory system and in the gut, and we measured their influence on reproductive-related behaviours. We used both in vitro and in vivo approaches to characterize several aspects pertaining to OBP expression in adult gustatory appendages, gut and reproductive organs. The expression of OBP56g and OBP56d was measured and compared in the thorax, head, and gut of virgin females and males and of mated females subjected to fasting of different durations (0h, 2h, 16h, and 30h). A focus on OBP56d expression revealed a particularly strong expression in the male hindgut and in the proboscis of both sexes. To test the effect of bacterial microbiota on OBP56d and OBP56g expression, our first experiment consisted to raise a control D.melanogaster strain, during two generations on an antibiotic-rich diet. Both OBPs were cloned, produced with a bacterial heterologous expression system and purified. Their binding properties were studied with a competitive fluorescence binding assay. Among many compounds tested OBP56d, and to a lesser extend OBP56g, showed a strong affinity for long chain fatty acids with no clear preference according to the presence and number of unsaturation(s). The use of in situ fluorescent probes confirmed the expression of OBP56d in the male hindgut. Moreover, we discovered OBP56d expression in the testis, and this led us to test mating behaviour. More particularly, we tested copulation in pairs of flies combining control and OBP56d- mutant flies. The OBP56d- mutation strongly decreased female copulation in experiments lasting 2 hours but not in those lasting 12 hours indicating that the OBP56d- mutation was likely slowing down female capacity to detect or to interpret male stimulating pheromone(s) whose identity remains still unknown. However, the OBP56d- mutation did not affect fly fertility and fecundity. Overall, our PhD project provides novel insights on the roles of OBPs in precopulatory behaviour and some hints on the impact of microbiota on their expression.
La chimioperception permet aux animaux de détecter les aliments nutritifs et d'éviter les composés toxiques. Les composés chimiques volatils et non volatils, qui sont détectés par les organes sensoriels olfactifs et gustatifs, peuvent déclencher des comportements alimentaires et reproducteurs chez des animaux tels que Drosophila melanogaster. À l'intérieur des organes chimiosensoriels, les protéines périréceptrices telles que les protéines de liaison aux odeurs (OBP) servent à transporter les molécules odorantes et savoureuses vers des récepteurs dédiés. Les OBP ne sont pas seulement impliqués dans la chimioperception mais également dans plusieurs autres fonctions. Une étude récente a révélé une interaction entre le microbiote des insectes et l'expression de l'OBP tandis qu'une autre a montré que les microbes peuvent favoriser la récolte des nutriments sur les aliments. Dans notre projet, nous avons utilisé Drosophila melanogaster comme organisme modèle, pour trouver un lien entre la présence de bactéries, l'expression des OBP et les performances comportementales des mouches. Plus particulièrement, nous avons étudié l'expression de OBP56d et OBP56g, les deux présentent dans le système chimiosensoriel adulte et dans l'intestin, et nous avons mesuré leur influence sur les comportements liés à la reproduction. Nous avons utilisé des approches in vitro et in vivo pour caractériser plusieurs aspects relatifs à l'expression de l'OBP dans les appendices gustatifs adultes, l'intestin et les organes reproducteurs.L'expression d'OBP56g et d'OBP56d a été mesurée et comparée dans le thorax, la tête et l'intestin de femelles et de mâles vierges et de femelles accouplées soumises à des jeûnes de différentes durées (0h, 2h, 16h et 30h). Une concentration sur l'expression d'OBP56d a révélé une expression particulièrement forte dans l'intestin postérieur des mâles et dans la trompe des deux sexes.Pour tester l'effet du microbiote bactérien sur l'expression d'OBP56d et d'OBP56g, notre première expérience a consisté à élever la lignée témoin de D.melanogaster, pendant deux générations sur un régime riche en antibiotiques. Les deux OBP ont été clonés, produits avec un système d'expression hétérologue bactérien et purifiés. Leurs propriétés de liaison ont été étudiées avec un test de liaison par fluorescence compétitive. Parmi de nombreux composés testés, OBP56d, et dans une moindre mesure OBP56g, ont montré une forte affinité pour les acides gras à longue chaîne sans préférence nette selon la présence et le nombre d'insaturation(s). L'utilisation de sondes fluorescentes in situ a confirmé l'expression d'OBP56d dans l'intestin postérieur mâle. De plus, nous avons découvert l'expression d'OBP56d dans les testicules, ce qui nous a conduit à tester le comportement d'accouplement. Plus particulièrement, nous avons testé la copulation chez des couples de mouches combinant des mouches témoins et OBP56d-mutantes. La mutation OBP56d a fortement diminué la copulation des femelles dans les expériences d'une durée de 2 heures mais pas dans celles d'une durée de 12 heures indiquant que la mutation OBP56d ralentissait probablement la capacité de la femelle à détecter ou à interpréter la ou les phéromones stimulantes mâles dont l'identité reste encore inconnue. Cependant, la mutation OBP56d n'a pas affecté la fertilité et la fécondité des mouches.Dans l'ensemble, notre projet de doctorat fournit de nouvelles informations sur les rôles des OBP dans le comportement précopulatoire et quelques indices sur l'impact du microbiote sur leur expression.
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