Dévoiler la base génétique de l'évolution adaptative
Une étude révèle des réarrangements chromosomiques complexes chez un insecte bâton
Comprendre la base matérielle de l'évolution adaptative est un objectif central de la biologie depuis au moins l'époque de Darwin. L'un des débats actuels porte sur la question de savoir si l'évolution adaptative repose sur de nombreuses mutations ayant des effets faibles et à peu près égaux, ou si elle est déterminée par une ou quelques mutations qui entraînent des changements majeurs dans les caractères.
Une femelle de l'insecte à bâtonnet vert (Timema cristinae) se fond dans un lilas de Californie (Ceanothus). Une étude publiée par Zachariah Gompert, chercheur à l'université d'État de l'Utah, et ses collègues dans le numéro du 18 avril 2025 de la revue Science de l'AAAS révèle des réarrangements chromosomiques complexes chez un insecte à bâtonnet.
Aaron Comeault
Les réarrangements chromosomiques, qui consistent à inverser, déplacer, supprimer ou dupliquer de grandes parties de chromosomes, constituent une source possible de "macromutations" à grande échelle. Cependant, la caractérisation des réarrangements chromosomiques à l'aide des méthodes de séquençage de l'ADN couramment utilisées s'est avérée difficile.
De nombreux organismes, y compris les humains, sont diploïdes, c'est-à-dire qu'ils possèdent deux jeux de chromosomes - un de chaque parent. Il en va de même pour les insectes à bâtonnets. Il est donc difficile d'identifier les réarrangements chromosomiques entre les espèces lors de l'assemblage des génomes.
"Dans le passé, nous avons fait la moyenne des données de chaque jeu de chromosomes, mais la précision limitée de cette méthode ne permet pas de tout comprendre", explique Zachariah Gompert, biologiste évolutionniste à l'université d'État de l'Utah. "L'utilisation d'approches moléculaires et informatiques plus récentes, qui génèrent des assemblages de génomes en phase, où les deux copies de chaque chromosome sont assemblées séparément, nous a permis de montrer directement comment des réarrangements chromosomiques complexes ont permis aux insectes à bâtonnets de s'adapter en étant cryptiques sur différentes plantes hôtes et en évitant ainsi la prédation."
Gompert et ses collègues rapportent que la divergence adaptative dans le motif de couleur cryptique est sous-tendue par deux réarrangements chromosomiques complexes et distincts, où des millions de bases d'ADN ont été inversées et déplacées d'une partie d'un chromosome à l'autre, indépendamment dans les populations d'insectes à bâtonnets sur différentes montagnes.
Les scientifiques ont étudié des insectes Timema cristinae aux couleurs variées, collectés sur deux montagnes près de Santa Barbara, en Californie. Ces insectes sans ailes, qui se nourrissent de plantes, sont adaptés de manière divergente à deux espèces de plantes différentes dans les habitats du chaparral côtier. L'un de ces insectes est vert, ce qui lui permet de se fondre dans le lilas de Californie, tandis que l'autre arbore une fine bande blanche sur le dos, ce qui le rend presque indétectable parmi les feuilles en forme d'aiguilles de l'arbuste chamoisé.
Gompert et ses collègues ont montré que cette différence adaptative de couleur s'explique presque entièrement par la présence ou l'absence de ces réarrangements chromosomiques individuels complexes.
"La nouvelle technologie d'assemblage génomique par phases utilisée dans cette étude a joué un rôle essentiel dans l'examen de l'évolution des couleurs chez ces insectes", explique M. Gompert, professeur au département de biologie et au centre d'écologie de l'université de Californie du Sud. "Nos résultats suggèrent que les réarrangements chromosomiques pourraient être plus répandus et plus complexes qu'on ne le pensait.
Selon lui, ces mutations, bien qu'importantes, peuvent facilement passer inaperçues avec les méthodes traditionnelles de séquençage de l'ADN.
"Les réarrangements chromosomiques peuvent être difficiles à détecter et à caractériser à l'aide d'approches standard", explique M. Gompert. Nous explorons essentiellement la "matière noire" du génome.
Selon lui, les variations structurelles, au lieu d'être rares, pourraient être régulièrement disponibles pour déclencher l'évolution.
"Nous ne faisons qu'effleurer la surface", ajoute M. Gompert. "Nous n'avions pas les outils nécessaires pour détecter les variations structurelles, mais grâce à l'amélioration de la technologie, nous pensons qu'elles jouent un rôle plus important dans l'évolution que ce que l'on pensait jusqu'à présent.
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