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Évolution sans diversité génétique ? Le puceron du pois comme étude de cas

Arnaud Sentis, Nathalie Dardenne, Felipe Ramon-Portugal, Gilles Espinasse, Alexandra Magro, Benoit Pujol, Jean-Louis Hemptinne & Etienne Danchin

par Frédéric Magné - publié le

Tout a commencé par un projet de groupe élaboré au cours de l’école d’été 2012 du LabEx TULIP, pour mener six ans plus tard à la publication d’un article dans Heredity sur l’évolution non-génétique du puceron du pois entre autre par plusieurs chercheurs du laboratoire Evolution & Diversité Biologique (EDB UMR 5174 Université Fédérale de Toulouse Midi-Pyrénées, CNRS, IRD, UPS). Deux des étudiants ayant participé au projet initial lors de la summer school de 2012 sont parmi les auteurs. Un bel exemple de cas où l’enseignement aura influencé la recherche.

 
La plasticité phénotypique transgénérationnelle est une réponse rapide, non génétique, aux modifications de l’environnement. Elle peut atténuer les effets des stress environnementaux sur les populations. Cependant, on sait peu de choses sur l’évolution de cette plasticité en l’absence de variation génétique bien que plusieurs mécanismes d’hérédité non génétiques aient été identifiés comme l’hérédité épigénétique (c.-à-d., la transmission verticale de marques épigénétiques comme la méthylation de l’ADN qui influencent l’expression des gènes) ou culturelle.

© B. Chaubet

Les pucerons face aux coccinelles

Lorsque les pucerons sont attaqués par des prédateurs comme les coccinelles, ils produisent des descendants ailés par reproduction clonale (parthénogenèse). La production de descendants ailés en réponse à la prédation est donc un exemple de plasticité transgénérationelle puisque le génotype des individus ailés et non-ailés, deux phénotypes très différents, est le même. Cette variation phénotypique est essentiellement due au fait que la détection de prédateurs par les pucerons déclenche la mise en place de marques épigénétiques complexes ayant pour effet de modifier en profondeur l’expression d’un grand nombre de gènes dans la génération suivante. Ce processus peut donc être considéré comme une forme d’hérédité épigénétique soulevant alors la question de son rôle potentiel dans l’évolution.

Afin de tester si cette variation épigénétique transmise pourrait participer à évolution les auteurs ont donc utilisé ce système pour tester si l’évolution peut exister en l’absence de toute diversité génétique initiale. Ils ont suivi les modifications de cette réponse plastique au cours de 27 générations en présence on non de prédateurs, et en l’absence de variation génétique initiale (grâce à l’existence d’une reproduction clonale permettant de partir d’un seul individu). À noter que, contrairement au milieu naturel, dans leur système expérimental, les pucerons ailés étaient défavorisés. On s’attendait donc à ce que la tendance à faire des pucerons ailés en présence de prédateur diminue au cours des générations.

Les chercheurs ont constaté que la fréquence des pucerons ailés augmente rapidement en réponse aux prédateurs, puis se stabilise à un niveau élevé pendant les 25 générations suivantes de l’expérimentation. Ils en concluent qu’il se produit une reconstruction phénotypique stable à chaque génération lorsque les pucerons sont constamment exposés aux prédateurs. Afin de tester la persistance du phénotype ailé une fois enlevé les prédateurs, les chercheurs ont généré à trois étapes de cette longue histoire de sélection des lignées parallèles dans lesquelles ils ont retiré les prédateurs. Ces lignées parallèles ont été créée au début (génération 3), au milieu (génération 13) et à la fin (génération 22) de l’évolution expérimentale. Ils ont constaté que plus les pucerons sont exposés longtemps à des prédateurs, moins le phénotype ailé persiste dans la population. Comme attendu, les pucerons soumis longtemps à la prédation ont donc diminué leur capacité à faire des descendants ailés en présence de prédateur.

De plus, les pucerons exposés continuellement aux prédateurs pendant 22 générations ont développé une réponse plastique nettement plus faible que les pucerons jamais exposés aux prédateurs. Donc la diminution de leur capacité à faire des descendants ailés en présence de prédateurs est en partie au moins dû à une diminution de leur réponse plastique. Il semble donc que cette baisse de plasticité soit adaptative car dans le système expérimental elle augmente l’aptitude phénotypique des pucerons.

Des résultats qui suggèrent que l’évolution de la plasticité peut se produire en l’absence de toute variation génétique initiale. Les auteurs discutent alors le fait que ce type d’hérédité non génétique pourrait jouer un rôle important dans les réponses évolutives aux changements environnementaux en cours.
 
 
Voir aussi
 
"Evolution without standing genetic variation : change in transgenerational plastic response under persistent predation pressure", Arnaud Sentis, Raphaël Bertram, Nathalie Dardenne, Felipe Ramon-Portugal, Gilles Espinasse, Ines Louit, Lucie Negri, Elena Haeler, Thomas Ashkar, Théo Pannetier, James L. Cunningham, Christoph Grunau, Gaël Le Trionnaire, Jean-Christophe Simon, Alexandra Magro, Benoit Pujol, Jean-Louis Hemptinne & Etienne Danchin , Heredity, 2018.
 
 
Source : Labex Tulip