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Evolutionary and functional insights into reproductive strategies of aphids - 09/06/10

Doi : 10.1016/j.crvi.2010.03.003 
Jean-Christophe Simon , Solenn Stoeckel, Denis Tagu
INRA, UMR 1099, INRA/Agrocampus Ouest/Université Rennes 1, BiO3P (Biologie des Organismes et des Populations appliquée à la Protection des Plantes), BP 35327, Domaine de la Motte-au-Vicomte, 35653 Le Rheu cedex, France 

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Abstract

Aphids are among the few organisms capable of reproducing either sexually or asexually. This plasticity in reproductive mode is viewed as an adaptive response to cope with seasonal changes. Clonal reproduction occurs during the growing season allowing rapid population increase, while sexual reproduction occurs during late summer and leads to frost-resistant eggs that can survive winter conditions. This shift between these two extreme reproductive modes is achieved by using the same genotype, i.e. within the same genetic clone, and is triggered by photoperiodic changes perceived by the aphid brain or visual system. Advances have been made recently to depict genetic programs that relate to the regulation of reproductive modes in aphids. These studies have benefited from the rapid development of genomic and post-genomic resources obtained through the International Aphid Genomics Consortium. Here, we underline the importance of several candidate genes in the switch from clonal to sexual reproduction in aphids and whose roles await full validation. Besides reproductive mode variation expressed at the genotypic level, aphid species also frequently encompass lineages which have lost the sexual phase and hence the alternating clonal and sexual reproductive phases of the life cycle. This coexistence of sex and asexual reproduction within the same species raises questions on its evolutionary and ecological significance. We summarize the knowledge accumulated to date on the maintenance of sex as well as on the origin and evolution of asexuality in aphids. By combining functional genomics, genetic and ecological approaches on reproductive plasticity and polymorphism, we hope to obtain an integrative view of the evolutionary forces shaping aphid reproductive strategies, from gene to population and species levels.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Les pucerons font partie des rares organismes à pouvoir se reproduire de manière sexuée ou asexuée. Cette plasticité phénotypique est considérée comme une réponse adaptative à la saisonnalité : les populations de pucerons sont clonales pendant la belle saison et forment des œufs résistants au froid par voie sexuée à la fin de l’été. Ce changement de mode reproducteur est réalisé par le même génotype et déclenché par la longueur de la nuit perçue par le cerveau ou le système visuel des pucerons. Récemment, des progrès ont été enregistrés sur les programmes génétiques impliqués dans la régulation photopériodique du mode de reproduction. Ces nouveaux acquis ont bénéficié des ressources génomiques et post-génomiques développées dans le cadre du Consortium International pour la Génomique des Pucerons. Nous présentons ici les dernières avancées sur les mécanismes de régulation génétique associés au changement du mode reproducteur. En plus d’une variation du système reproducteur à l’échelle génotypique, les pucerons possèdent également des lignées qui ont perdu la phase sexuée et qui co-existent avec celles alternant clonalité et sexualité dans leur cycle annuel. La co-existence de lignées sexuées et asexuées au sein d’une même espèce pose questions sur sa signification écologique et évolutive. Nous faisons la synthèse des connaissances accumulées sur les raisons du maintien de la reproduction sexuée chez les pucerons et sur l’origine et le devenir des lignées asexuées. En combinant des approches de génomique fonctionnelle, de génétique et d’écologie sur la plasticité et le polymorphisme du mode de reproduction des pucerons, nous espérons disposer dans un futur proche d’une vision intégrée des forces évolutives agissant sur leurs stratégies reproductives des gènes aux populations.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Acyrthosiphon pisum, Clonal reproduction, Sexual reproduction, Photoperiodic changes, Phenotypic plasticity, Evolution of sex, Genomics

Mots clés : Acyrthosiphon pisum, Reproduction clonale, Reproduction sexuée, Photopériodisme, Plasticité phénotypique, Évolution du sexe, Génomique


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Vol 333 - N° 6-7

P. 488-496 - juin 2010 Retour au numéro
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  • Evolutionary history of aphid-plant associations and their role in aphid diversification
  • Jean Peccoud, Jean-Christophe Simon, Carol von Dohlen, Armelle Coeur d’acier, Manuel Plantegenest, Flavie Vanlerberghe-Masutti, Emmanuelle Jousselin
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  • Aphids in the face of global changes
  • Maurice Hullé, Armelle Cœur d’Acier, Stéphanie Bankhead-Dronnet, Richard Harrington

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