sexymus

SEXYMUS
Evolution des chromosomes sexuels et du déterminisme du sexe chez les mammifères
Sex chromosome and sex determination evolution in mammals
Contact ISEM : Frédéric Veyrunes, UMR 5554 ISEM Institut des Sciences de l’Evolution
ANR-10JCJC-1605-01
Durée : 4 ans du 05/11/2010 au 01/11/2014
A quelques exceptions près, les mammifères possèdent un déterminisme du sexe très conservé.
Pourtant, nous avons mis en lumière une diversité remarquable des chromosomes sexuels chez
les souris naines africaines (Mus): fusions d’autosomes sur le chromosome X et/ou Y,
modifications du déterminisme du sexe (femelle XY ou XO), diversification du chromosome Y. Ces
caractéristiques et leur proximité phylogénétique avec la souris de laboratoire font des souris
naines un modèle exceptionnel. Ainsi, le projet SEXYMUS propose d’étudier l’évolution des
chromosomes sexuels et du déterminisme du sexe des mammifères à travers le prisme des souris
naines. En effet, l’existence d’une telle variabilité donne ainsi accès à l’étude des processus
microévolutifs impliqués lors de la formation des chromosomes X et Y. Nous nous intéresserons
plus particulièrement à déterminer les bases génétiques et les forces sélectives de la mise en
place d’un nouveau système de déterminisme du sexe (tâche 1), le mode et la vitesse de
dégénérescence du chromosome Y (tâche 2) et enfin les contraintes sélectives et le devenir du
matériel autosomal transloqué sur les chromosomes sexuels (tâche 3)
Tâche 1 Mise en place de systèmes sexuels atypiques. La mutation entraînant la réversion de sexe
chez M. minutoides (femelles XY) sera recherchée par des approches cytogénomiques et
moléculaires. Les résultats préliminaires ont d’ores-et-déjà localisé la mutation sur le
chromosome X. De façon appliquée, ces études pourraient permettre d’identifier de nouveaux
gènes impliqués dans la cascade du déterminisme du sexe des mammifères en général, et ainsi de
cibler des gènes candidats aux réversions de sexe pathologiques chez l’homme en particulier.
Comprendre la mise en place de nouveaux déterminismes du sexe est un grand défi de la biologie
évolutive. Nous rechercherons les mécanismes évolutifs favorisant la diffusion de nouveaux
déterminismes du sexe en tentant de faire le lien entre la nature des gènes impliqués dans les
remaniements chromosomiques (cytogénomique), leur mode d’évolution (séquençage, RT-PCR),
les corrélats phénotypiques (comportement) et enfin leur prédictions évolutives (modélisation)
Tâche 2 Dégénérescence du chromosome Y. Estimation du mode et tempo d’érosion génétique. Il
est universellement accepté que le chromosome Y se dégrade progressivement. En revanche, la
vitesse à laquelle celui-ci dégénère est vigoureusement débattue et notre connaissance de cette
dynamique évolutive est limitée. Le chromosome Y des souris naines présente une remarquable
diminution de taille, jusqu’à la disparition totale rapportée chez une espèce. Ceci suggère une
perte rapide de matériel génétique. Nous proposons d’étudier le devenir de certains gènes du
chromosome Y par une approche de génomique comparative (FISH, RT-PCR) entre différentes
populations de souris naines. Les résultats escomptés apporteront sans aucun doute un nouvel
éclairage sur la vitesse et la dynamique de dégénérescence du chromosome Y.
Tâche 3 Origine et évolution des néo-chromosomes sexuels. A la suite de fusions sexe-autosomes,
des portions du génome autosomal autrefois héritées de façon biparentale se retrouvent liées aux
chromosomes sexuels et donc transmises uniquement chez un des deux sexes. Ces modifications
impliquent des changements drastiques de régime de sélection dans les régions concernées qui
devraient se traduire par des modifications du contenu en gènes (sexualisation), de leur
expression (différenciation entre sexes) et de l’évolution des séquences (évolution rapide sous
sélection positive ou dégénérescence après arrêt de la recombinaison). Nous tenterons de vérifier
ces prédictions par une approche cytogénomique et moléculaire chez une espèce avec un néochromosome Y. La même approche sera appliquée au cas exceptionnel de populations de M.
minutoides chez lesquelles la plupart voire toutes les femelles sont XY, signant l’arrêt quasicomplet de la recombinaison du chromosome X.
Except for a few species, mammals have an extremely conserved sex determining system.
However, within the African pygmy mouse species (genus Mus), we recently uncovered an
extraordinary diversity of sex chromosomes: fusions between autosomes and the X and/or Y
chromosomes, modifications of sex determinism (XY or XO females), diversification of the Y
chromosome, etc. This unique set of features and their phylogenetic proximity with the
laboratory mouse make the African pygmy mouse an excellent model to investigate the
evolution of mammalian sex chromosomes and sex determination. The SEXYMUS project thus
proposes to use pygmy mice as proxies to identify the micro-evolutionary processes involved in
X and Y differentiation. Three tasks will be undertaken dealing with different and
complementary aspects of sex chromosome evolution.
Task 1: Emergence of atypical sex determining systems. Identification of the genetic basis and
the selective forces at play. The mutation causing male-to-female sex reversal in M. minutoides
will be investigated by cytogenomic and molecular approaches. Preliminary results have already
identified the X chromosome as the target of the mutation. This study is expected to contribute
to the identification of new genes involved in the sex determination pathway in mammals in
general, and may highlight new gene candidates of pathological sex reversals in human in
particular. Understanding the evolution of such aberrant sexual systems is one of the main goals
of evolutionary biology. As these modifications are considered as highly deleterious, selective
mechanisms are expected to have favored their diffusion. These will be explored by a
multidisciplinary study integrating different approaches: the nature of the genes involved in the
chromosomal changes will be established (cytogenomics), their rate and mode of evolution
measured (sequencing, RT-PCR), phenotypic correlations identified (behaviour), and finally
evolutionary predictions tested (computer modelling).
Task 2: Y chromosome degeneration. Estimation of the mode and tempo of genetic erosion. It is
universally accepted that the Y chromosome degenerates progressively. However, its rate of
degeneration is vigorously debated, as well as its dynamics. The morphology of the Y
chromosome of African pygmy mice is extremely diverse, varying from a normal-sized to a
minute chromosome, and even to a complete loss of the Y chromosome described in one
species. These results suggest fast genetic erosion. Hence, a comparative genomic approach of
several Y-linked genes between different species/populations of pygmy mice will provide a
micro-evolutionary insight into the dynamics of mammalian Y degeneration
Task 3: Origin and evolution of neo-sex chromosomes. “Sexualisation” of autosomes. In sexautosome fusions, parts of the autosomal genome, which were previously inherited from
both parents, become linked to the sex chromosomes, and are thus only transmitted to one
of the two sexes. These modifications lead to dramatic changes of the selective regime acting
on these regions that are expected to influence the evolution of their gene content
(sexualisation), gene expression (differentiation between sexes), and sequences (rapid
evolution under positive selection, or degeneration after the suppression of recombination).
We will test these theoretical predictions by cytogenomic and molecular analyses in one
species carrying a neo-Y chromosome. The same approach will be performed on an
exceptional case population within M. minutoides where almost (if not all) females are XY,
leading to the quasi-complete suppression of recombination in a X chromosome.