Une étude révèle le maintien de gènes liés aux mâles après la perte de mâles chez les phasmes

Les traits sont souvent perdus au cours de l’évolution, soit parce qu’ils ne sont plus bénéfiques, soit parce qu’ils sont trop coûteux à maintenir. Lorsque cela se produit, on pense généralement que les gènes sous-jacents au trait finiront également par se dégrader, ce qui rendra difficile, voire impossible, la réémergence du trait. Pourtant, il existe de nombreux exemples dans la nature de traits autrefois perdus qui réapparaissent dans les lignées descendantes.

Selon Giobbe Forni, chercheur à l'Université de Bologne, « la cartographie de la présence et de l'absence de traits sur un arbre d'espèces suggère que certains traits pourraient avoir été perdus dans les lignées menant aux espèces existantes, puis réintégrés. sont considérés comme l'un des exemples les plus emblématiques de ce processus évolutif.

Cela implique que les gènes qui sous-tendent ces traits peuvent être préservés, dans certains cas pendant des millions d'années. Malheureusement, les recherches sur les bases moléculaires d’une telle réémergence sont rares, laissant jusqu’à présent les mécanismes sous-jacents responsables d’une telle préservation largement ouverts à la spéculation.

Dans une nouvelle étude publiée dans Biologie et évolution du génomeForni et ses collègues ont mis en lumière un autre trait complexe qui a été perdu chez certains phasmes : la production de mâles.

La perte de la capacité de produire des mâles entraîne des populations composées uniquement de femelles, qui se reproduisent par parthénogenèse, une forme de reproduction asexuée. L’étude révèle que les gènes hautement connectés dans les réseaux de régulation et impliqués dans de multiples processus biologiques peuvent être conservés longtemps après la perte d’un trait, offrant ainsi une voie potentielle à la réémergence d’un trait sur de longues échelles de temps évolutives.

Dans la nouvelle étude, Forni et ses co-auteurs Barbara Mantovani, Alexander S. Mikheyev et Andrea Luchetti ont effectué une analyse comparative de trois espèces de phasmes du genre Bacillus. Alors que les populations de Bacillus grandii marettimi sont composées de mâles et de femelles qui se reproduisent sexuellement, Bacillus atticus comprend des populations composées uniquement de femelles qui se reproduisent par parthénogenèse.

Une troisième espèce, Bacillus rossius, comprend à la fois des populations sexuées et parthénogénétiques. En étudiant le sort des gènes impliqués dans la reproduction mâle chez ces trois espèces, les auteurs ont cherché à étudier dans quelle mesure les gènes sont préservés après la perte de caractères et les mécanismes potentiels à l’origine de cette préservation.

Les chercheurs ont d'abord identifié des réseaux de gènes dont l'expression était corrélée à la reproduction mâle ou femelle chez l'espèce sexuée B. marettimi, puis ont évalué les mêmes gènes chez B. atticus et B. rossius. Étonnamment, les gènes liés aux mâles ne présentaient aucun signe de sélection affaiblie ou d'évolution accélérée par rapport aux gènes liés aux femelles dans les espèces parthénogénétiques. De plus, les modèles d'expression génique liés aux mâles ont été partiellement préservés chez les deux espèces parthénogénétiques.

En approfondissant, les chercheurs ont découvert que les gènes des réseaux liés aux femmes étaient principalement exprimés dans les tissus reproducteurs féminins, tandis que ceux des réseaux liés aux hommes étaient exprimés dans les tissus reproducteurs masculins et féminins, y compris les femelles sexuées et parthénogénétiques. Cela suggère que les gènes liés aux hommes peuvent également jouer un rôle dans la reproduction féminine.

L'implication d'un gène dans de multiples processus biologiques est connue sous le nom de pléiotropie, et ce phénomène peut expliquer la préservation de gènes liés aux mâles chez ces phasmes parthénogénétiques, comme supposé précédemment.

De plus, les auteurs ont découvert que les gènes hautement connectés à de nombreux autres gènes du réseau étaient plus susceptibles d'être exprimés dans les tissus reproducteurs des parthénogènes, ce qui suggère que la connectivité du réseau d'un gène peut également influencer sa préservation après la perte d'un trait.

Pris ensemble, ces résultats indiquent « que le plan moléculaire du processus de reproduction mâle autrefois perdu peut persister en raison d'effets pléiotropiques sur d'autres traits », explique Forni. “Différents gènes peuvent entreprendre différentes trajectoires de préservation et de dégradation en fonction du niveau de pléiotropie au sein du réseau de régulation génétique.”

Cette étude met non seulement en lumière la persistance de l'architecture génétique après la perte de traits, mais offre également un aperçu potentiel de l'émergence de mâles rares et du sexe cryptique (c'est-à-dire la génération épisodique de mâles et la reproduction sexuée), qui ont été observés dans un nombre croissant de lignées. on pensait qu'ils avaient perdu depuis longtemps la capacité de produire des mâles. Cela ouvre de nouvelles voies potentielles de recherche, avec des implications qui pourraient aller bien au-delà des phasmes.

“Il reste fondamental d'examiner l'ampleur de la préservation génétique après la perte de caractères à plus grande échelle. Bien que le complexe d'espèces de Bacillus offre un cadre intéressant pour résoudre ces problèmes, il serait utile d'analyser un complexe d'espèces plus vaste où de multiples transitions entre les stratégies de reproduction se sont produites. “, note Forni.

« S'il est souvent nécessaire de s'appuyer sur des espèces modèles pour découvrir et disséquer les processus biologiques, il est encore plus important de tester nos hypothèses dans un contexte plus large. Cela ne sera possible que si nous consacrons davantage d'efforts à l'observation et à l'analyse de l'étonnante diversité des espèces. organismes et leurs adaptations complexes.