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Posté par Isabelle le Lundi 24/04/2017 à 00:00
Isolement reproductif: quand l'épigénétique s'en mêle
Les modifications génétiques sont à l'origine de la diversité biologique, sur laquelle agit la sélection naturelle. Mais pour faire émerger de nouvelles espèces, des barrières reproductives doivent être mises en place, comme par exemple l'impossibilité de fécondation (La fécondation, pour les êtres vivants organisés, est le stade de la reproduction sexuée consistant en une fusion des gamètes mâle et...) ou le caractère délétère de certaines combinaisons de gènes telle que l'incompatibilité hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres (croisement...). Une étude publiée le 7 mars 2017 dans la revue PNAS suggère que les allèles épigénétiques, ayant hérité d'un état de méthylation de l'ADN, contribuent à l'isolement reproductif chez les plantes.

L'accumulation de mutations dans une sous-population peut favoriser l'isolement reproductif et ainsi contribuer à la spéciation. Chez les plantes, cet isolement peut être du à l'échec de la pollinisation (La pollinisation est le mode de reproduction privilégié des plantes angiospermes et gymnospermes. C'est un des services écologiques rendus par la...) entre deux sous-espèces émergentes, à la létalité des hybrides mais aussi à leur stérilité ou la létalité de leur descendance. Ce sont des combinaisons délétères d'allèles provenant des parents qui engendrent cette incompatibilité hybride.

Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou...) moléculaire des plantes à Strasbourg et du Howard Hughes Medical Institute (Indiana University, USA) se sont intéressés à l'incompatibilité hybride entre deux écotypes d'Arabidopsis. Le cas étudié implique un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique (ARN) fonctionnel....) essentiel (nécessaire à la synthèse de l'histidine) dupliqué dans chacun des écotypes parentaux (Figure). Dans l'un des écotypes, une des deux copies, altérée par une mutation, est un pseudo gène. Dans l'autre écotype, les deux gènes paralogues sont conservés mais une seule copie est exprimée. Cette fois, c'est une modification épigénétique, n'affectant pas la séquence d'ADN, mais néanmoins transmise à la descendance qui intervient dans cette perte de fonction. C'est l'hyper méthylation de la région du promoteur de ce gène qui est responsable de cette extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans plusieurs domaines :) du gène qu'on désigne alors comme un épiallèle silencieux. L'incompatibilité entre les deux écotypes se manifeste par la létalité au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) embryonnaire d'environ 1/16 de la descendance des hybrides F1.

Par une approche génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les...), les chercheurs ont montré que l'élimination de la méthylation de l'ADN dans le promoteur rétablit l'expression de l'épiallèle et lève l'incompatibilité hybride entre les deux écotypes d'Arabidopsis thaliana. Comme la variabilité génétique, la variabilité épigénétique naturelle contribue donc à l'incompatibilité hybride et limite les génotypes possibles issus de centaines de croisements entre écotypes. Le caractère réversible de l'épigénétique en fait cependant un acteur (Un acteur est un artiste qui incarne un personnage dans un film, dans une pièce de théâtre, à la télévision, à la radio, ou même dans des spectacles de rue. En plus de l'interprétation proprement dite, un acteur (ou...) singulier. En effet, au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des...) d'une population, ces incompatibilités épigénétiques peuvent fluctuer plus rapidement que les incompatibilités dues à des mutations génétiques. Le débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou...) reste ouvert sur l'impact de l'épigénétique sur la spéciation.


Figure: La duplication d'un gène essentiel génère deux loci paralogues indépendants. Si la méthylation de l'ADN éteint une copie dans un écotype d'Arabidopsis (locus rouge à gauche), et si une mutation nulle détruit l'autre dans un autre écotype (astérisque rouge à droite), les croisements entre ces écotypes présenteront une incompatibilité hybride (1/16 de létalité embryonnaire) dans la descendance de la génération F1. Contrairement à l'incompatibilité hybride uniquement due à des mutations, la perte de méthylation de l'ADN (réversion) peut rapidement restaurer l'expression des deux copies dans le premier écotype et la viabilité de toutes les combinaisons possibles de ces gènes dupliqués.

© Todd Blevins. CNRS-IBMP

Référence publication:
Hybrid incompatibility caused by an epiallele.
Blevins T, Wang J, Pflieger D, Pontvianne F, Pikaard CS.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Apr 4;114(14):3702-3707. doi: 10.1073/pnas.1700368114. Epub 2017 Mar 7.

Contact chercheur:
- Todd Blevins
Institut de biologie moléculaire des plantes
CNRS UPR 2357, Université de Strasbourg (L’université de Strasbourg (UDS) est une université française située à Strasbourg en Alsace. Son origine remonte à la...)

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Source: CNRS-INSB