Une bactérie du sol championne de l'évolution rapide
Publié par Isabelle le 04/09/2019 à 14:00
Source: INRA
La compréhension des mécanismes d'évolution génétique pourrait permettre de mieux comprendre la capacité d'adaptation et d'interaction des bactéries à leur environnement. Des chercheurs de l'Inra et de l'Université de Lorraine ont mis en évidence une vitesse (On distingue :) d'évolution insoupçonnée chez des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart...) présentes autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent...) des racines (rhizosphère), les Streptomyces. Cette particularité permettrait aux individus de bénéficier de nombreux gènes supplémentaires, en combinant différents gènes d'intérêt. Cet enrichissement génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) promeut une coopération au sein de la population afin d'assurer sa cohésion. Ces travaux sont publiés le 3 septembre 2019 dans la revue mBio.


Colonie de Streptomyces sur boite de Petri
© Inra, Pierre Leblond

L'évolution des espèces est souvent considérée comme un processus lent. Pourtant, des chercheurs de l'Inra et de l'Université de Lorraine (L’université de Lorraine est un regroupement d’établissements d’enseignement supérieur et de recherche de Nancy et de Metz. Il s’agit d’un pôle de recherche et d'enseignement supérieur...) ont découvert des bactéries sœurs chez des Streptomyces, descendant d'un ancêtre commun (En phylogénie, un ancêtre commun à plusieurs espèces est l'individu le plus proche dans le temps dont descendent toutes les espèces en question. Par exemple, l'homme et le chimpanzé ont un...) récent, possédant de nombreux gènes spécifiques et une histoire évolutive distincte. Ils ont mis en évidence d'importants phénomènes de transfert et de recombinaison de gènes qui donnent lieu à une évolution rapide.

Comment ces échanges de gènes s'organisent-ils au sein d'une population ? Quelle est la proportion de gènes échangés lorsqu'on compare des bactéries sœurs ? Pour répondre à ces questions, les scientifiques ont isolé et séquencé à partir de micro-agrégats de sol de la taille d'une tête d'épingle, 11 Streptomyces différents. L'analyse de séquences de marqueurs phylogénétiques (gènes permettant de retracer l'histoire évolutive d'un individu) montre que ces bactéries sont apparentées et peuvent être considérées comme quasi-clonales. Néanmoins, l'analyse 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 porté par des molécules...) complet montre qu'elles diffèrent par plusieurs centaines voire des milliers de gènes différents. Cette incroyable diversité génétique (La diversité génétique est une caractéristique décrivant le niveau de variétés des gènes au sein d'une même espèce (voire sous-espèce). On parle de...) au sein d'une même espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un concept...) est rendue possible par le phénomène de conjugaison, qui permet d'échanger des gènes "mobiles".

Les scientifiques ont identifié des sites de recombinaison génétique permettant une insertion favorable de ces gènes mobiles, ce qui permet une évolution rapide au sein de la population. Ainsi, au même endroit de leur chromosome (Le chromosome (du grec khroma, couleur et soma, corps, élément) est l'élément porteur de l'information génétique. Les chromosomes contiennent les gènes et permettent leur...), certains individus ont un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) de gènes codant une fonction et d'autres des gènes complétement différents. Ces différences génétiques entre des membres de la même espèce peuvent être utiles dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de...) de lutte pour une niche écologique.

Par exemple, certaines bactéries sœurs sont capables de produire un antibiotique (Un antibiotique (du grec anti : « contre », et bios : « la vie ») est une molécule qui détruit...) inhibant la croissance d'une autre espèce bactérienne isolée dans le même sol. Ce constat suggère un partage des tâches au sein de l'écosystème microbien: certaines bactéries de la population peuvent porter le coût de la production d'un antibiotique permettant d'éliminer de potentiels compétiteurs, alors que d'autres, seulement résistantes, peuvent bénéficier de cette production. Ainsi, la diversité génétique engendrée par cette évolution rapide revêtirait un rôle social et assurerait la cohésion de la population. Sachant que ces 11 Streptomyces possèdent chacun environ 10.000 gènes, ils pourraient potentiellement profiter de 1.000 gènes supplémentaires en combinant les gènes d'intérêt des uns et des autres dans des relations de coopération.


Contacts scientifiques :
Pierre Leblond - Dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des génomes et adaptation microbienne (DynAMic)
Cyril Bontemps -Dynamique des génomes et adaptation microbienne (DynAMic)

Département associé:
Microbiologie (La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes (ou microorganismes).) et chaîne alimentaire (Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le précède. Le premier maillon d'une chaîne est très souvent un végétal chlorophyllien. Dans les mers et océans, le phytoplancton assure ce rôle....)

Centre associé:
Grand Est - Nancy

Références publication:
Massive gene flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé...) drives genome diversity between sympatric Streptomyces conspecifics. Abdoul-Razak Tidjani, Jean-Noël Lorenzi, Maxime Toussaint, Erwin van Dijk, Delphine Naquin, Olivier Lespinet, Cyril Bontemps, Pierre Leblond. 10.1128/mBio.01533-19
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