Insectes à bâtonnets, Timema knulli, sur une branche de séquoia. Zach Gompert, généticien évolutionniste à l’Université d’État de l’Utah, et ses collègues ont étudié une inversion chromosomique chez cette espèce et présentent leurs conclusions dans l’édition en ligne du 12 juin 2023 de la revue PNAS. Crédit : Moritz Muschick
La complexité des processus évolutifs affectant une inversion chez les insectes bâtonnets offre une résilience contre la perte de variation génétique et peut favoriser la survie à long terme.
La variation génétique est le carburant ultime de l’évolution, affirme Zachariah Gompert, généticien évolutionniste à l’Université d’État de l’Utah. Mais au fil des siècles, ce réservoir s’épuise sous l’effet de la sélection naturelle et de la dérive génétique aléatoire.
La question de savoir si, ou comment, la variation génétique peut persister sur le long terme reste une grande interrogation pour les scientifiques. Gompert et ses collègues de l’Université de Montpellier en France, du Centre John Innes du Royaume-Uni, de l’Université nationale autonome du Mexique à Querétaro, de l’Université du Nevada à Reno et de l’Université de Notre Dame, ont publié leurs recherches sur cette question dans l’édition en ligne du 13 juin 2023 des Proceedings of the National Academy of Sciences. La recherche a été soutenue par une bourse CAREER de la National Science Foundation que Gompert a reçue en 2019, ainsi que par des fonds du Conseil européen de la recherche.
« Nous avons examiné comment maintenir la variation génétique au sein d’une espèce et comment cette variation influe sur l’adaptation », explique Gompert, professeur agrégé au département de biologie et au centre d’écologie de l’USU.
Pour cette étude, l’équipe s’est intéressée aux insectes bâtonnets (genre Timema), qui se nourrissent d’une grande variété de plantes.
« Il existe plus d’une douzaine d’espèces de Timema dans l’ouest de l’Amérique du Nord et ce sont des généralistes qui peuvent manger de nombreux types de plantes », explique Gompert. « Mais une espèce, Timema knulli, se nourrit et prospère sur les séquoias, qui sont l’une des seules plantes sur lesquelles les autres espèces de Timema ne peuvent pas prospérer aussi bien, voire pas du tout.
Il semble que T. knulli possède cette capacité grâce à une inversion chromosomique, c’est-à-dire une modification de la structure de son génome. Contrairement à une mutation génétique, qui est un changement dans la séquence d’ADN, une inversion chromosomique se produit, selon Gompert, lorsque deux ruptures dans le chromosome sont suivies d’un virage à 180 degrés du segment et d’une réinsertion aux points de rupture d’origine.
« Dans le cas d’une inversion, de gros morceaux – dans ce cas, 30 millions de bases d’ADN – du chromosome sont retournés vers l’arrière », explique-t-il.
L’équipe a déterminé que cette inversion chez T. knulli était ancienne.
« Nous pensons qu’elle s’est produite il y a environ 7,5 millions d’années », explique Gompert. « Et ce qui est intéressant, c’est que les populations de T. Knulli portent encore les deux versions des allèles – celle qui permet de se nourrir et de prospérer sur les séquoias en tant que plante hôte, et la version originale qui augmente la survie sur la plante hôte ancestrale – une plante à fleurs – et qui peut être particulièrement favorable sous la forme hétérozygote. »
L’hétérogénéité environnementale et l’échange de gènes entre les populations migrantes d’insectes bâtonnets contribuent à la persistance des variantes chromosomiques nouvelles et ancestrales ou du polymorphisme, explique-t-il, ce qui pourrait donner aux organismes une longueur d’avance dans un monde en mutation en leur permettant d’évoluer et de s’adapter en permanence.
« Plutôt que d’être préjudiciable, la complexité des processus évolutifs affectant cette inversion offre une résistance à la perte de variation génétique et peut favoriser la survie à long terme », explique M. Gompert.
Référence : « Complex evolutionary processes maintain an ancient chromosomal inversion » par Patrik Nosil, Victor Soria-Carrasco, Romain Villoutreix, Marisol De-la-Mora, Clarissa F. de Carvalho, Thomas Parchman, Jeffrey L. Feder et Zachariah Gompert, 13 juin 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2300673120