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Posté par Michel le Samedi 20/08/2011 à 00:00
Le "supergène" du mimétisme déchiffré
Comment différents insectes ayant mauvais goût pour les oiseaux développent-ils les mêmes couleurs d'avertissement sur leurs ailes, renforçant ainsi leur protection contre les prédateurs ? Une équipe de scientifiques (1) a pour la première fois découvert ce qui permet aux papillons tropicaux de réaliser cette étonnante stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) évolutive appelée mimétisme (Le mimétisme est une stratégie adaptative d'imitation. Cela permet par exemple à une espèce d'échapper à d'éventuels prédateurs. Les...) Müllérien: un "supergène".

En étudiant un papillon amazonien qui "imite" plusieurs espèces vénéneuses très différentes, les chercheurs ont révélé la coexistence, chez ces insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large public d'amateurs et de naturalistes. Produite par l'Office pour les insectes et leur environnement (association loi de 1901), elle...), de trois types chromosomiques, correspondant à trois types mimétiques différents. Au niveau de cette région chromosomique, les scientifiques ont montré qu'un bloc d'une trentaine de gènes s'est trouvé immobilisé, au cours de l'évolution, par des phénomènes d'inversions (des régions d'ADN qui se retrouvent en position inversée chez différents individus), supprimant le processus naturel de mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est...) génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) entre générations. De cette manière, de nombreux gènes sont hérités en bloc et produisent des papillons d'apparence totalement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau des entiers d'un...). De tels regroupements coordonnés, appelés supergènes, gouvernent de nombreuses autres adaptations, comme la variation de forme des fleurs chez les primevères, le camouflage chez les papillons de nuit ou bien les motifs et formes de coquilles chez certains escargots. L'étude est publiée cette semaine dans la revue Nature.

Le papillon amazonien Heliconius numata arbore sur ses ailes des motifs complexes qui "imitent" une demi-douzaine d'espèces différentes de papillons vénéneux (Danainae : Melinaea). Ces formes dites mimétiques sont évitées par les prédateurs et donc favorisées par la sélection naturelle. Inversement, les rares formes intermédiaires et/ou non ressemblantes sont désavantagées. C'est cette convergence (Le terme de convergence est utilisé dans de nombreux domaines :) d'apparence, presque parfaite, que l'on nomme mimétisme. Mais comment le mimétisme peut-il évoluer s'il nécessite les changements concertés de nombreux traits morphologiques et comportementaux ? L'équipe de chercheurs du laboratoire Origine, structure, évolution de la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et celle des...), en collaboration avec plusieurs institutions britanniques, a cloné la région de l'ADN de ce papillon qui contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) les multiples formes mimétiques.


Mimétisme chez les papillons de Guyane. En bas, l'espèce Melinaea mneme, vénéneuse ; En haut, une forme mimétique de l'espèce Heliconius numata qui lui ressemble presque à la perfection
© Mathieu Chouteau/CNRS

"Nous avons été réellement frappés par ce que nous avons découvert dans cette région du chromosome (Le chromosome (du grec khroma, couleur et soma, corps, élément) est l'élément porteur de l'information génétique. Les chromosomes contiennent les...) qui contrôle les différents motifs, indique Mathieu Joron, le porteur du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...). Nous avons montré qu'un bloc d'environ 30 gènes s'est retrouvé immobilisé par une série d'inversions - régions d'ADN en position inversée chez différents individus, ce qui supprime ce processus naturel de recombinaison qui mélange les contenus génétiques lors de la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux éditions de Minuit.) sexuée."

L'étude montre que trois types chromosomiques sont en coexistence chez ces papillons, chaque type étant associé à une forme mimétique distincte. Ces trois types chromosomiques sont distingués par des ordres de gènes différents, apparus par des événements d'inversion de certains segments d'ADN au cours de l'évolution. La variation de l'ordre des gènes réduit fortement les échanges génétiques entre chromosomes (recombinaison). Ceci explique que les trois types chromosomiques ont un contenu ADN très divergent (sur le segment concerné) car ils ne sont jamais remaniés entre eux. Plusieurs gènes de coloration de l'aile présents dans cette région chromosomique se retrouvent ainsi couplés chez H. numata, grâce aux multiples inversions chromosomiques qui empêchent l'échange de gènes entre chromosomes. Ce couplage définit le supergène et explique son évolution, en fixant les segments d'ADN qui contrôlent les différentes formes mimétiques dans leur globalité, et empêchent leur remaniement. Cette région du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est...), qui contrôle aussi le fameux camouflage chez la Phalène du Bouleau (Les bouleaux font partie de la famille des bétulacées. La plupart des espèces sont des arbres ; quelques-unes, comme Betula nana, sont des chaméphytes.), apparaît maintenant comme un véritable "point (Graphie) chaud" dans l'évolution des papillons.


Structure moléculaire du supergène du mimétisme. Chez H. numata, une seule région du génome, appelée supergène, coordonne les éléments de la ressemblance avec Melinaea. Le séquençage et l'analyse de la variation de l'ADN ont montré que le supergène existe en plusieurs versions, définies par différents ordres de gènes le long du chromosome, chacun associé à différentes formes mimétiques. Cette variation de la structure de ce chromosome entre les individus empêche le mélange des caractères entre générations, et explique ainsi que soit conservée la coordination des motifs colorés sur l'aile.
© Joron/CNRS


Note:

(1) équipe composée notamment de Mathieu Joron, Lise Frézal, Robert Jones et Annabel Whibley (UMR 7205, CNRS/ Muséum (Salle d'exposition du Muséum Provincial (1908) à Toronto (Ontario, Canada) Mangattan Museum (2001) à Ishinomaki...) national d'Histoire naturelle (La démarche d'observation et de description systématique de la nature commence dès l'Antiquité avec Théophraste, Antigonios de Karystos et Pline l'Ancien. Le terme d’histoire...), "Origine, Structure et Evolution de la Biodiversité")


Référence:

Chromosomal rearrangements maintain a polymorphic supergene controlling butterfly mimicry
Nature, doi:10.1038/nature10341. Mathieu Joron et al.


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Source: CNRS