Séquence génomique et sériomique de la teigne de l'hermine fusiforme, Yponomeuta cagnagella, représentant la première lignée divergente des lépidoptères ditrysiens

Biologie des communications volume 5, Numéro d'article : 1281 (2022) Citer cet article

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De nombreuses espèces de lépidoptères produisent de la soie, des cocons, des tubes d'alimentation ou des nids pour se protéger des prédateurs et des parasites des chenilles et des pupes. Pourtant, le nombre d’espèces de lépidoptères dont la composition de la soie a été étudiée en détail est très faible, car les gènes codant pour les principales protéines structurelles de la soie ont tendance à être volumineux et répétitifs, ce qui rend leur assemblage et leur analyse de séquence difficiles. Nous avons analysé ici la soie d'Yponomeuta cagnagella, qui représente l'une des premières lignées divergentes des lépidoptères ditrysiens, améliorant ainsi la couverture de l'ordre. Pour obtenir une liste complète des gènes de la soie de Y. cagnagella, nous avons séquencé et assemblé un projet de génome à l'aide des technologies Oxford Nanopore et Illumina. Nous avons utilisé un transcriptome des glandes à soie et un protéome de la soie pour identifier les principaux composants de la soie et vérifié la spécificité tissulaire de l'expression de gènes individuels. Une annotation détaillée des principaux gènes et de leurs produits putatifs, y compris leurs séquences complètes et leurs structures exon-intron, est fournie. La morphologie des glandes à soie et des fibres est également présentée. Cette étude comble une lacune importante dans notre compréhension croissante de la structure, de l'évolution et de la fonction des gènes de la soie et fournit des ressources génomiques pour les futures études sur l'écologie chimique des espèces d'Yponomeuta.

La soie est un terme fonctionnel utilisé pour décrire les fibres protéiques filées par un certain nombre de lignées d'arthropodes et englobe un large éventail de matériaux différents1. L’application croissante des technologies omiques pour caractériser les séquences nucléotidiques et protéiques spécifiques des composants de la soie révèle une variabilité frappante des propriétés de la soie parmi les taxons d’arthropodes2,3,4,5. Il a été émis l’hypothèse que les soies ayant des structures protéiques dominantes différentes auraient des origines évolutives différentes. Un nombre croissant d’études sur les araignées6, les papillons nocturnes2,7, les phryganes8,9 et les abeilles domestiques10,11 suggèrent que la production de soie a évolué de manière indépendante dans différents groupes. Les insectes utilisent différents types de glandes pour la sécrétion de soie et produisent toute une gamme de sécrétions protéiques. En effet, la soie des insectes pourrait avoir évolué indépendamment au sein de 23 lignées1. Cependant, les larves des Lépidoptères et des Trichoptères (groupes frères qui forment le supra-ordre des Amphiesménoptères) produisent des fibres de soie contenant des fibroïnes L et H dans leurs glandes labiales et leurs principales protéines de soie ont une origine commune12. Il a été suggéré que la production de ce type de soie était conservée depuis plus de 300 millions d'années13.

La soie produite par les chenilles des lépidoptères est sécrétée par une paire de glandes labiales (salivaires) spécialisées appelées glandes à soie (SG). Un mélange de protéines de soie est stocké dans une lumière de la glande à soie sous forme d'une solution épaisse qui se solidifie après essorage. Bien que la structure globale de la soie soit similaire, les protéines individuelles peuvent varier considérablement chez les lépidoptères. En fonction de leur solubilité, les protéines de soie sont traditionnellement divisées en deux groupes : les protéines de fibroïne insolubles, qui forment deux filaments centraux, et les protéines de séricine solubles dans l'eau chaude qui forment un revêtement hydrophile et scellent les filaments en une fibre14,15. Les fibroines sont produites par la partie postérieure des glandes à soie (PSG), tandis que les protéines d'enrobage sont progressivement ajoutées à la soie stockée dans les glandes à soie moyennes (MSG). La partie antérieure des glandes à soie (ASG) ne produit apparemment aucun composant de soie et sert de sortie de la glande14. Les protéines d'enrobage présentent une grande hétérogénéité entre les espèces, tant dans le nombre de protéines qu'elles contiennent que dans les séquences des composants individuels16.

Une analyse détaillée des composants de la soie a été réalisée chez plusieurs représentants des familles de papillons Bombycidae17, Saturniidae18, Pyralidae19, Nolidae5, Tineidae7 et Psychidae20, la plupart des espèces appartenant à la Ditrysia supérieure, qui comprend plus de 98 % de la diversité existante des lépidoptères12. Cependant, la détection des protéines de soie chez les espèces nouvellement étudiées est entravée par la nature répétitive de leurs séquences et par la faible similarité des séquences, même entre espèces d’une même famille. Les pertes et duplications de gènes combinées à des changements de séquence rapides rendent assez difficile l’identification de gènes individuels codant pour des protéines d’enveloppe sur la base de similitudes16. Par conséquent, les séquences complètes et l’architecture exon-intron des gènes de la soie sont souvent manquantes.