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Nos sujets de recherche sont variés mais ont comme point commun qu’ils tentent de comprendre comment les organismes réagissent, s’adaptent et évoluent dans un environnement en perpétuel changement dû, notamment, aux activités humaines. Nous nous focalisons sur des espèces aquatiques, surtout des poissons, et travaillons principalement sur les mécanismes (on dit aussi les causes proximales) qui expliquent ces effets, mais aussi sur les causes ultimes liées aux théories de l’évolution.

Depuis 2014, nous avons développé un élevage de killifish provenant des mangroves américaines: le rivulus des mangroves. Cette espèce est unique car elle est l’une des seules espèces de vertébrés à se reproduire majoritairement par auto-fécondation des hermaphrodites, alors que des mâles sont présents en proportion variable et permettent une fécondation croisée. Il n’y a aucune femelle connue à ce jour. Le rivulus est ainsi un modèle de choix afin de comprendre les mécanismes autres que génétiques qui peuvent expliquer l’expression de phénotypes variés (morphologie, physiologie, comportement). Parmi ceux-ci, les mécanismes épigénétiques (méthylation de l’ADN, modifications post-traductionnelles des histones, ARNs non-codants) sont les principaux candidats, à l’intersection entre environnement et génome, permettant d’expliquer comment l’environnement modifie le niveau d’expression des gènes, sans en modifier leur séquence et, in fine, comment il modifie le phénotype. Ces effets de l’environnement sur l’épigénome représentent en quelque sorte le chaînon manquant entre, d’une part, l’évolution darwinienne classique basée sur la sélection naturelle et la sélection d’allèles de gènes favorables, et, d’autre part, une évolution adaptative rapide basée sur des modifications phénotypiques en réponse à des changements de l’environnement.

Axe 1: Nous tentons de comprendre les mécanismes régissant l’expression de traits de personnalité. Ces traits sont des phénotypes comportementaux qui sont propres à un individu et qui définissent ainsi sa personnalité. On parle par exemple du niveau d’audace, d’aggressivité, d’activité, ou encore d’exploration, pour ne citer que les plus connus. Tout comme l’homme, les poissons (et autres animaux) ont chacun une personnalité. Certains sont ainsi plus audacieux que d’autres (ils prennent plus de risques), alors que d’autres sont plus timides. Le rivulus des mangroves est un excellent modèle pour étudier l’expression de tels traits de personnalité au sein de populations très peu diversifiées génétiquement. Nous tentons dès lors de comprendre les possibles mécanismes épigénétiques dans le cerveau impliqués dans ces comportements.

Axe 2: Les perturbations environnementales sont actuellement nombreuses et variées. Les organismes n’ont d’autre choix que de s’y adapter…ou disparaître. Nous avons pour objectif de comprendre les effets à long terme de stress environnementaux sur nos modèles de killifish. Ceux-ci sont plus pertinents que les effets à court terme, ou aigüs, dans le sens que les organismes sont continuellement en contact avec de faibles niveaux de stress, mais pouvant affecter la survie et l’équilibre des populations. Ainsi, nous nous focalisons sur deux effets présumés. D’une part, nous voulons comprendre les effets qu’a un stress environnemental présent pendant les premiers stades de vie de l’organisme, sur l’animal adulte. Ces effets sont qualifiés de “permanents” s’ils sont présents dès l’exposition jusqu’au stade adulte, ou de “post-posés” s’ils n’apparaissent que plus tard dans la vie de l’animal, alors que le stress a disparu depuis longtemps. Ces derniers sont d’un intérêt humain important car ils peuvent expliquer l’apparition de maladies à un âge avancé alors que la cause environnementale est à rechercher bien plus tôt. Le rivulus des mangroves, de par sa faible diversité génétique, est un modèle de choix afin d’étudier les mécanismes épigénétiques pouvant expliquer les effets à long terme de stress. Un deuxième modèle, étudié dans notre laboratoire, est également un modèle de choix car il a la particularité de vieillir très vite (en 5 mois) et donc d’imiter le vieillissement humain: le killifish turquoise, Nothobranchius furzeri. Ce poisson vit dans des marres temporaires de l’Afrique du sud-est. Plusieurs stress environnementaux sont étudiés mais nous nous focalisons principalement sur l’effets de composés neurotoxiques largement répendus dans l’environnement comme les pesticides pyréthrynoïdes (perméthrine, deltapéthrine, bifenthrine, cyperméthrine, etc).

Axe3: Depuis Charles Darwin, les théories de l’évolution se nourrissent de nouvelles données scientifiques qui nous permettent d’affiner nos connaissances sur les mécanismes impliqués. La théorie synthétique étendue de l’évolution (“extended evolutionary synthesis”) a pour objectif de regrouper les mécanismes classiques darwiniens avec des observations plus récentes comme les mécanismes épigénétiques. Grâce aux modèles killifish, nous tentons de comprendre le rôle joué par l’épigénétique dans l’adaptation et l’évolution. A ce jour, deux grandes questions limitent notre interprétation. D’une part, la variabilité épigénétique est difficile à différencier de la variabilité génétique. Cela empêche de comprendre correctement la part réellement jouée par l’épigénétique dans l’adaptation et l’évolution. D’autre part, pour que l’épigénétique ait un effet durable sur une population, il faut que les marques épigénétiques puissent être transmises d’une génération à l’autre. Si cela est possible, on est encore loin de bien en comprendre les mécanismes, et surtout les limitations. Pour soulever ces questions, le rivulus des mangroves est un modèle de choix puisqu’il présente naturellement peu de diversité génétique, mais que cette diversité est variable d’une population à l’autre. Nous menons ainsi des campagnes de terrain au Belize et en Floride afin de suivre la diversité épigénétique de ces populations. Nous tentons également de comprendre le passage de ces marques entre les générations via ce que l’on appelle l’hérédité épigénétique transgénérationnelle.

Outre produire des connaissances fondamentales sur les modèles biologiques étudiés, sur les écosystèmes où vivent ces espèces (comme les mangroves), sur l’expression de personnalités, ou encore sur les théories de l’évolution, nos recherches peuvent déboucher sur des applications concrètes utiles à l’homme. Nous pouvons ainsi citer: