Notre recherche

Nous travaillons sur les embryons de petits animaux marins, les ascidies, dont font partie les bijus et autres violets comestibles. Nous avons choisi d’étudier ces animaux car les différentes espèces de ce groupe ont des génomes très différents, mais se développent de manière presque identique!

Pour comprendre ce paradoxe apparent, nous combinons des approches d’imagerie fluorescente sur des embryons vivants, de séquençage des génomes, d’embryologie classique et de modélisation informatique. Notre espoir est que ces travaux nous permettront de mieux comprendre les chemins parfois tortueux que prend l’évolution des espèces.

Les biologistes ont longtemps été fascinés par les différences de taux d’évolution morphologique des espèces animales. Pourquoi certains groupes animaux subissent-ils des changements morphologiques rapides alors que d’autres, comme le coelacanthe, peuvent garder une morphologie presque identique pendant des centaines de millions d’années? La stabilité morphologique est-elle corrélée avec le taux de divergence du génome, ou existe-t-il des mécanismes spécifiques pour amortir ou amplifier l’impact phénotypique de la divergence génétique? Notre groupe explore les relations complexes entre le génotype et le phénotype au croisement de la biologie du développement, de la biologie computationnelle, de la biologie évolutive et de la biologie cellulaire. Nous étudions les embryons des ascidies, des invertébrés marins appartenant au même groupe que les vertébrés (les chordés) et choisis pour la grande simplicité anatomique de leurs embryons et la compacité de leurs génomes. Ces embryons se développent avec des lignages cellulaires fixes et remarquablement bien conservés entre toutes les espèces étudiées, même lorsque leurs génomes ont largement divergé pendant 500 millions d’années d’évolution parallèle. Les ascidies offrent donc une occasion unique de déchiffrer le programme de développement d’un chordé au niveau cellulaire de résolution et de comprendre comment la plasticité génomique est compatible avec la conservation morphologique. Ce dernier phénomène est appelé Divergence des Systèmes de Développement (DSD) et peut expliquer pourquoi la modélisation des maladies humaines dans les modèles animaux n’est pas toujours réussie. Pour identifier les mécanismes moléculaires et cellulaires qui sous-tendent la stabilité évolutive de la morphogenèse ascidienne, nous combinons l’imagerie quantitative avancée avec l’épigénétique, la transcriptomique et les analyses cis-régulatrices. Nos principaux objectifs sont: 1) d’élucider l’évolution du répertoire et de la fonction des protéines régulatrices du développement chez les ascidies; 2) de quantifier la morphogenèse ascidienne et son évolution par microscopie avancée à feuille de lumière et analyse informatique des images obtenues.

Un court film d’animation réalisé par Laurence Serfaty et Isis Leterrier présente notre travail sur la reconstruction informatique du développement embryonnaire de l’ascidie Phallusia mammillata et le rôle de la communication cellulaire par contact direct entre cellules.

Financements

ANR CionaConnect (01/07/2021 – 30/09/2025)

ANR Embryo (01/10/2021 – 30/09/2026)

FRM (01/10/2023 – 31/10/2026)

Publications

2025

Transcriptomes of a fast-developing chordate uncover drastic differences in transcription factors and localized maternal RNA composition compared with those of ascidians.. Wang K, Suyama R, Mizutani N, Matsuo M, Peng Y, Seki M, Suzuki Y, Luscombe NM, Dantec C, Lemaire P, Toyoda A, Nishida H, Onuma TA. Development. 2025 Mar 15;152(6):DEV202666. Pubmed

2024

Physical modeling of embryonic transcriptomes identifies collective modes of gene expression. Skinner DJ, Lemaire P, Mani M. bioRxiv [Preprint]. 2024 Aug 4:2024.07.26.605398. Pubmed

2022

Protein kinases and protein phosphatases encoded in the Ciona robusta genome. Tokuoka M, Kobayashi K, Lemaire P, Satou Y. Genesis. 2022 Mar;60(3):e23471. Pubmed
Methods for the Study of Apical Constriction During Ascidian Gastrulation. Fiuza UM, Lemaire P. Methods Mol Biol. 2022;2438:377-413. Pubmed

2021

Mechanical and genetic control of ascidian endoderm invagination during gastrulation. Fiuza UM, Lemaire P. Semin Cell Dev Biol. S1084-9521(21)00205-6 Pubmed

2020

A genome database for a Japanese population of the larvacean Oikopleura dioica. Wang K, Tomura R, Chen W, Kiyooka M, Ishizaki H, Aizu T, Minakuchi Y, Seki M, Suzuki Y, Omotezako T, Suyama R, Masunaga A, Plessy C, Luscombe NM, Dantec C, Lemaire P, Itoh T, Toyoda A, Nishida H, Onuma TA. Dev Growth Differ. 62(6):450-461 Pubmed
Nodal/Eph signalling relay drives the transition between apical constriction and apico-basal shortening during ascidian endoderm invagination. Fiuza UM, Negishi T, Rouan A, Yasuo H and Lemaire P. Development, 2020 Aug 14;147(15):dev186965. Pubmed
Contact Area-Dependent Cell Communication and the Morphological Invariance of Ascidian Embryogenesis. Guignard L, Fiúza UM, Leggio B, Laussu J, Faure E, Michelin G, Biasuz K, Hufnagel L, Malandain G, Godin C, Lemaire P. Science . 2020 Jul 0;369(6500):eaar5663. Pubmed

2019

ANISEED 2019: 4D exploration of genetic data for an extended range of tunicates. Dardaillon J, Dauga D, Simion P, Faure E, Onuma TA, DeBiasse MB, Louis A, Nitta KR, Naville M, Besnardeau L, Reeves W, Wang K, Fagotto M, Guéroult-Bellone M, Fujiwara S, Dumollard R, Veeman M, Volff JN, Roest Crollius H, Douzery E, Ryan JF, Davidson B, Nishida H, Dantec C, Lemaire P. Nucleic Acids Res. 2020 Jan 8;48(D1):D668-D675. Pubmed
Evolution of the embryonic cis-regulatory landscapes between divergent Phallusia and Ciona ascidians. Madgwick , Magri MS, Dantec C, Gailly D, Fiuza UM, Guignard L, Hettinger S, Gomez-Skarmeta JL, and Lemaire P. Dev Biol. 448(2):71-87 Pubmed
High-Throughput Protein Production Combined with High-Throughput SELEX Identifies an Extensive Atlas of Ciona robusta Transcription Factor DNA-Binding Specificities. Nitta KR, Vincentelli R, Jacox E, Cimino A, Ohtsuka Y, Sobral D, Satou Y, Cambillau C, and Lemaire P. Methods Mol Biol. 2019;2025:487-517. Pubmed
MorphoNet: An interactive online morphological browser to explore complex multi-scale data. Leggio B, Laussu J, Carlier A, Godin C, Lemaire P and Faure E. Nat. Commun. 2019 Jun 27;10(1):2812. Pubmed
Multiscale mechanical model for cell division orientation in developing biological systems. Leggio B, Laussu J, Faure E, Lemaire P and Godin C. bioRxiv 785337 Pubmed
Transcriptional regulation of the Ciona Gsx gene in the neural plate. Hudson C, Esposito R, Palladino A, Staiano L, Ferrier D, Faure E, Lemaire P, Yasuo H, Spagnuolo A. Dev Biol. 2019 Apr 15;448(2):88-100. Pubmed

2018

ANISEED 2017: extending the integrated ascidian database to the exploration and evolutionary comparison of genome-scale datasets. Brozovic M, Dantec C, Dardaillon J, Dauga D, Faure E, Gineste M, Louis A, Naville M, Nitta KR, Piette J, Reeves W, Scornavacca C, Simion P, Vincentelli R, Bellec M, Aicha SB, Fagotto M, Guéroult-Bellone M, Haeussler M, Jacox E, Lowe EK, Mendez M, Roberge A, Stolfi A, Yokomori R, Brown CT, Cambillau C, Christiaen L, Delsuc F, Douzery E, Dumollard R, Kusakabe T, Nakai K, Nishida H, Satou Y, Swalla B, Veeman M, Volff JN, Lemaire P. Nucleic Acids Res. 2018 Jan 4;46(D1):D718-D725. Pubmed
ANISEED 2017: extending the integrated ascidian database to the exploration and evolutionary comparison of genome-scale datasets. Brozovic M, Dantec C, Dardaillon J, Dauga D, Faure E, Gineste M, Louis A, Naville M, Nitta KR, Piette J, Reeves W, Scornavacca C, Simion P, Vincentelli R, Bellec M, Aicha SB, Fagotto M, Guéroult-Bellone M, Haeussler M, Jacox E, Lowe EK, Mendez M, Roberge A, Stolfi A, Yokomori R, Brown CT, Cambillau C, Christiaen L, Delsuc F, Douzery E, Dumollard R, Kusakabe T, Nakai K, Nishida H, Satou Y, Swalla B, Veeman M, Volff JN, Lemaire P. Nucleic Acids Res. 46(D1):D718-D725. Pubmed
A phylogenomic framework and timescale for comparative studies of tunicates. Delsuc F, Philippe H, Tsagkogeorga G, Simion P, Tilak MK, Turon X, López-Legentil S, Piette J, Lemaire P, Douzery EJP. BMC Biol. 16(1):39. Pubmed
Convergent Acquisition of Nonembryonic Development in Styelid Ascidians. Alié A, Hiebert LS, Simion P, Scelzo M, Prünster MM, Lotito S, Delsuc F, Douzery EJP, Dantec C, Lemaire P, Darras S, Kawamura K, Brown FD, Tiozzo S. Mol Biol Evol. 35(7):1728-1743. Pubmed

2017

Genome-wide survey of miRNAs and their evolutionary history in the ascidian, Halocynthia roretzi. Wang K, Dantec C, Lemaire P, Onuma TA, Nishida H. BMC Genomics. 18(1):314. Pubmed

2016

ANISEED 2015: a digital framework for the comparative developmental biology of ascidians. Brozovic M, Martin C, Dantec C, Dauga D, Mendez M, Simion P, Percher M, Laporte B, Scornavacca C, Di Gregorio A, Fujiwara S, Gineste M, Lowe EK, Piette J, Racioppi C, Ristoratore F, Sasakura Y, Takatori N, Brown TC, Delsuc F, Douzery E, Gissi C, McDougall A, Nishida H, Sawada H, Swalla BJ, Yasuo H, Lemaire P. Nucleic Acids Res. 44:D808-18. Pubmed

2015

Guidelines for the nomenclature of genetic elements in tunicate genomes. Stolfi A, Sasakura Y, Chalopin D, Satou Y, Christiaen L, Dantec C, Endo T, Naville M, Nishida H, Swalla BJ, Volff JN, Voskoboynik A, Dauga D, Lemaire P. 53:1-14. Pubmed
Thaliaceans, the neglected pelagic relatives of ascidians : a developmental and evolutionary enigma. Piette J, Lemaire P. Q Rev Biol. 90:117-45. Pubmed
Tunicates: exploring the sea shores and roaming the open ocean. A tribute to Thomas Huxley. Lemaire P, Piette J. Open Biol. 5:150053. Pubmed
A pipeline for the systematic identification of non-redundant full-ORF cDNAs for polymorphic and evolutionary divergent genomes: Application to the ascidian Ciona intestinalis. Gilchrist MJ, Sobral D, Khoueiry P, Daian F, Laporte B, Patrushev I, Matsumoto J, Dewar K, Hastings KE, Satou Y, Lemaire P, Rothbächer U. Dev Biol. 404(2):149-63. Pubmed

2014

An otx/nodal regulatory signature for posterior neural development in ascidians. Roure A, Lemaire P, Darras S. PLoS Genet. 10:e1004548. Pubmed

2013

DNA-binding specificities of human transcription factors. Jolma A, Yan J, Whitington T, Toivonen J, Nitta KR, Rastas P, Morgunova E, Enge M, Taipale M, Wei G, Palin K, Vaquerizas JM, Vincentelli R, Luscombe NM, Hughes TR, Lemaire P, Ukkonen E, Kivioja T, Taipale J. 152(1-2):327-39. Pubmed
Highly conserved elements discovered in vertebrates are present in non-syntenic loci of tunicates, act as enhancers and can be transcribed during development. Sanges R, Hadzhiev Y, Gueroult-Bellone M, Roure A, Ferg M, Meola N, Amore G, Basu S, Brown ER, De Simone M, Petrera F, Licastro D, Strähle U, Banfi S, Lemaire P, Birney E, Müller F, Stupka E. Nucleic Acids Res. 41(6):3600-18. Pubmed

2012

Antagonizing retinoic acid and FGF/MAPK pathways control posterior body patterning in the invertebrate chordate Ciona intestinalis. Pasini A, Manenti R, Rothbächer U, Lemaire P. PLoS One. 7(9):e46193. Pubmed

2011

Evolutionary crossroads in developmental biology: the tunicates. Lemaire P. Development. 138(11):2143-52. Pubmed
Time-lapse imaging of live Phallusia embryos for creating 3D digital replicas. Robin FB, Dauga D, Tassy O, Sobral D, Daian F, Lemaire P. Cold Spring Harb Protoc. 2011(10):1244-6. Pubmed
Imaging of fixed ciona embryos for creating 3D digital replicas. Robin FB, Dauga D, Tassy O, Sobral D, Daian F, Lemaire P. Cold Spring Harb Protoc. 2011(10):1247-50. Pubmed
Creating 3D digital replicas of ascidian embryos from stacks of confocal images. Robin FB, Dauga D, Tassy O, Sobral D, Daian F, Lemaire P. Cold Spring Harb Protoc. 2011(10):1251-61. Pubmed

Contrôle transcriptionnel de la morphogenèse des chordés

Patrick LEMAIRE

Chef d’équipe (Chercheur DRCE CNRS)

Membres de l’équipe

Patrick LEMAIRE Chef d'équipe (Directeur de Recherche CE) 0434359563
Jean-Philippe CHAMBON (Maître de conférences) +33 (0)4 34 35 95 59
LUISA FALCIONI STENUDD (Doctorant) +33 (0)4 34 35 95 63
Mona MAZOUZI (Doctorant) +33 (0)4 34 35 96 53
Sarah MIZAC (Stagiaire) +33 (0)4 34 35 9