Les escargots victimes de leurs mitochondries castratrices

Publié par Adrien le 11/05/2022 à 09:00
Source: CNRS INEE
L'ennemi est parfois à l'intérieur: nos propres mitochondries, d'anciennes bactéries domestiquées qui aident nos cellules à respirer, se retournent parfois contre nous... En effet les mitochondries étant transmises uniquement par voie maternelle, le sexe (Le mot sexe désigne souvent l'appareil reproducteur, ou l’acte sexuel et la...) mâle est pour elles une impasse évolutive. Quoi d'étonnant, alors, qu'elles cherchent à s'en débarrasser ? C'est particulièrement tentant chez un hermaphrodite, où supprimer la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage...) mâle peut libérer de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) pour la voie femelle (En biologie, femelle (du latin « femella », petite femme, jeune femme) est le...), favorisant ainsi la propagation des gènes mitochondriaux. C'est ce phénomène, fréquent chez les plantes, que des scientifiques ont mis en évidence, pour la première fois chez les animaux dans un article paru dans Current Biology. Chez l'escargot (Le terme escargot est un nom vernaculaire qui en français désigne, par opposition aux...) hermaphrodite Physa acuta, ils observent qu'une lignée mitochondriale extrêmement divergente est associée à une perte quasi-totale de la reproduction mâle.


Figure 1: Physa acuta (photo Jean-Pierre Pointier)

Les organismes et les génomes sont souvent perçus comme des sociétés harmonieuses de cellules et de gènes. La biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) évolutive moderne démontre en réalité tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le contraire avec des conflits se déroulant au sein des organismes et de leurs cellules. Ces conflits surviennent lorsque des gènes "égoïstes" favorisent leur propre transmission au détriment de celle d'autres gènes. Ils sont maintenant reconnus comme une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) évolutive majeure, notamment pour l'évolution de la reproduction sexuée. En effet, les gènes ne sont pas toujours transmis également par les deux sexes et peuvent par conséquent manipuler les organismes pour favoriser le sexe qui les transmet le mieux.

Un exemple de conflit sur la reproduction sexuée est la gynodioécie, bien connue chez les plantes depuis Darwin. Il s'agit d'un polymorphisme sexuel qui voit co-exister des individus hermaphrodites ("normaux") et des individus qui ont perdu la fonction mâle et sont donc fonctionnellement femelles ("mâle-stériles"). Cette perte repose sur des gènes cytoplasmiques (essentiellement mitochondriaux), hérités par la voie maternelle, qui suppriment la production de pollen (Le pollen (du grec palè : farine ou poussière) constitue, chez les...) (on parle de stérilité-mâle cytoplasmique). Cette suppression se fait au détriment des gènes nucléaires pour qui la transmission a lieu par les deux sexes. Ainsi se développe un conflit entre les gènes cytoplasmiques et les gènes nucléaires, entraînant une course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) aux armements dont l'enjeu est la préservation de la fonction mâle, avec notamment la sélection de gènes nucléaires qui restaurent la fonction mâle en neutralisant cette stérilité mâle.

Beaucoup d'animaux sont hermaphrodites, mais la stérilité mâle cytoplasmique causée par des conflits génomiques n'a encore jamais été observée dans ce groupe. Cette étude est donc une première, montrant l'existence d'une stérilité mâle cytoplasmique au sein d'une population de l'escargot d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) douce Physa acuta (Fig. 1). La stérilité mâle se traduit par l'absence de descendants produits par la fonction mâle et s'explique notamment par une absence de comportement mâle au moment de la copulation et une production de spermatozoïdes quasi nulle (Fig. 2).


Figure 2: Stérilité de la fonction mâle chez Physa acuta estimée via le comportement copulatoire (à gauche ; mise en couples d'individus normaux et divergents), le nombre de descendants produits (au centre) et la production de spermatozoïdes (à droite).

La stérilité mâle observée chez P. acuta est associée à une lignée mitochondriale extrêmement divergente par rapport à la lignée des individus hermaphrodites (Fig. 3). Au sein de la population naturelle, les scientifiques ont détecté 14 % d'individus divergents. La comparaison des génomes mitochondriaux des individus hermaphrodites et mâle-stériles montre une divergence élevée de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des séquences codantes mitochondriales, avec une médiane (Le terme de médiane, du latin medius, qui est au milieu, possède plusieurs acceptations en...) de 44,4 % au niveau nucléotidique (de 28,6% à 53,2% selon les gènes) et de 45,2% au niveau protéique (de 17,1% à 68,1%). Ces valeurs dépassent largement les divergences connues jusque-là au sein de l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) P. acuta, et même au sein de toute autre espèce animale. Pour donner un point (Graphie) de comparaison, pour retrouver un tel degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) de divergence il faudrait comparer les mitochondries de P. acuta à celles d'autres espèces très éloignées, issues de clades ayant divergé il y a 475 millions d'années ! Ces résultats suggèrent que cette divergence exceptionnelle résulte d'une accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) généralisée du taux de mutation sur le mitogénome (Fig. 3), sans pour autant déterminer si cette divergence est la cause de la stérilité mâle cytoplasmique ou un facteur de son maintien évolutif.

Cette découverte est une formidable opportunité d'explorer les mécanismes de conflits entre les gènes mitochondriaux et nucléaires et leurs conséquences sur l'évolution de la reproduction sexuée.


Figure 3: Divergence de la lignée mitochondriale mâle-stérile

Laboratoires du CNRS impliqués:
- Centre d'écologie fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....) et évolutive (CEFE - CNRS / EPHE / IRD / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Montpellier)
- Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA - CNRS / ENTPE / Université Claude Bernard)
- Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des Sciences de l'Évolution de Montpellier (ISEM - CNRS / IRD / Université de Montpellier)
- Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive (LBBE - CNRS / VetAgro Sup / Université Claude Bernard)

Référence:
Patrice David, Cyril Degletagne, Nathanaëlle Saclier, Aurel Jennan, Philippe Jarne, Sandrine Plénet, Lara Konecny, Clémentine François, Laurent Guéguen, Noéline Garcia, Tristan Lefébure, Emilien Luquet. Extreme mitochondrial DNA divergence underlies genetic conflict over sex determination, Current Biology, 2022, ISSN 0960-9822, https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.014.
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