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Dans toute espèce, il arrive que la descendance de certains individus soit stérile ou peu viable. L'origine peut tout simplement en être génétique et due à une incompatibilité des génomes des individus concernés. Des chercheurs du Laboratoire de génétique moléculaire, génomique et microbiologie ont disséqué les origines génétiques sous-jacentes à de telles incompatibilités en utilisant la levure de boulanger, Saccharomyces cerevisiae, comme organisme modèle. Ils mettent en évidence la multiplicité des mécanismes impliqués dans une étude publiée dans la revue Nature Communications.
Figure: Modèle d'incompatibilité de Dobzhansky-Müller. Une population ancestrale portant deux gènes de génotype AABB peut se séparer en deux populations distinctes dans lesquelles vont apparaître et se fixer de manière indépendante des mutations engendrant de nouveaux allèles "a" et "b" des deux gènes. Lors du croisement d'individus de ces populations, les allèles "a" et "b" peuvent présenter une interaction délétère qui se traduira par la diminution de la viabilité de l'hybride. © Julien Espeut
Comment apparaissent de nouvelles espèces ? Quels sont les facteurs génétiques et moléculaires à l'origine de ce phénomène appelé spéciation ? Ce sont des questions fondamentales de la biologie auxquelles l'étude de l'isolement reproductif et de ses origines au sein de populations naturelles peut apporter les premiers éléments de réponse. Des avancées récentes permettent désormais d'utiliser des outils puissants couplant la génétique classique à la génomique, et notamment le séquençage à haut-débit, pour cartographier précisément les régions des génomes qui sont impliquées. En conséquence, il est possible d'avoir une idée plus précise quant aux incompatibilités que peuvent présenter différents individus appartenant à la même espèce.
Pour de telles études, la levure, et plus particulièrement Saccharomyces cerevisiae, est un modèle intéressant car il est possible de croiser facilement entre eux des individus d'origines géographiques (Europe, Amérique, Asie) et écologiques (vigne, bière, exsudat d'arbre) différentes pour générer des centaines de descendants dont le pourcentage de viabilité peut être établi avec précision. Lorsque l'on croise deux individus de l'espèce S. cerevisiae, la viabilité de la descendance est en général élevée, supérieure à 90 %. Cependant, il arrive qu'en croisant certains individus, la descendance soit peu, voire non viable. En effet, ces souches provenant d'origines différentes évoluent séparément et peuvent à terme présenter des incompatibilités.
Afin de les identifier, les chercheurs ont réalisé plus d'une centaine de croisements entre différents isolats et mis en évidence des parents "incompatibles" c'est-à-dire conduisant à une faible viabilité de la descendance. Dans une première étude (1), ils avaient pu montrer que les translocations chromosomiques différenciant les génomes parentaux pouvaient conduire à des descendants non viables car une partie du génome était manquante. L'ensemble de ces événements avaient été identifiés dans des conditions optimum de croissance, c'est-à-dire en milieu riche.
Cependant, la levure S. cerevisiae se développe dans des conditions environnementales variées et par conséquent certains isolements reproductifs pouvaient être spécifiques d'un milieu donné. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont testé cette hypothèse en estimant la viabilité de la descendance de multiples croisements sur divers milieux, en présence de différentes sources de carbone ou de composés induisant un stress (NaCl, SDS, etc). Dans ce contexte, des cas d'isolements reproductifs ont été mis en évidence. Plus de 24 % des cas étudiés ont présenté une diminution de la viabilité de la descendance allant de 1 % à 62 %. Pour avoir une idée quant à l'origine génétique de ce phénomène, les chercheurs se sont focalisés sur un cas où la viabilité de la descendance entre deux souches, l'une clinique isolée à partir d'un patient immunodéprimé et l'autre de laboratoire, était fortement diminuée. En utilisant une stratégie de séquençage à haut-débit de la descendance, ils ont mis en évidence que deux régions du génome de ces souches étaient incompatibles, démontrant ainsi que la létalité des descendants était due à la présence simultanée de ces deux régions particulières issues des deux individus parentaux.
Ce résultat constitue le premier exemple chez la levure de ce qui a été développé de manière théorique dans le modèle de Dobzhansky-Müller décrit de longue date (1937). La présence de telles incompatibilités chez la levure restait une source de débat car aucun exemple n'avait été mis à jour jusqu'à présent. De plus, cette étude montre très clairement la multiplicité des mécanismes impliqués dans l'isolement reproductif entre isolats appartenant à une même espèce.
Référence:
(1). Hou J, Friedrich A, de Montigny J, Schacherer J. Chromosomal rearrangements as a major mechanism in the onset of reproductive isolation in Saccharomyces cerevisiae. Current Biology. 2014. 24:1153-9.
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