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Un même gène rend les papillons de jour colorés et les papillons de nuit camouflés

par Frédéric Magné - publié le

Dans les forêts tropicales d’Amérique latine, les papillons toxiques du genre Heliconius arborent sur leurs ailes des motifs aux couleurs vives que les prédateurs apprennent à reconnaître et éviter. Pour une meilleure protection, différentes espèces de papillons, vivant sur un même territoire, s’imitent mutuellement, alors qu’une même espèce vivant dans des régions différentes peut arborer des motifs distincts. Comment ces papillons réalisent-ils cette étonnante stratégie évolutive ? Dans un article publié dans Nature le 1er juin 2016, une équipe internationale1 composée de chercheurs du Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE - CNRS/Université de Montpellier/Université Paul Valéry Montpellier 3/EPHE) et de l’Institut Systématique, Evolution, Biodiversité (ISYEB – CNRS/MNHN/UPMC/EPHE), a identifié le gène responsable des différences d’agencement des couleurs chez ces papillons. Plus étonnant, ce même gène appelé, cortex, contrôle également la variation de coloration chez une espèce nocturne des régions tempérées, la phalène du bouleau. Ce gène révèle ici un rôle jusque-là inconnu, surprenant, montrant comment la sélection naturelle remodèle les fonctions ancestrales pour former de nouvelles adaptations.

Quatre formes colorées du papillon Amazonien Heliconius numata, dont l’agencement précis des couleurs joue le rôle d’avertissement de leur toxicité, et détermine la survie face aux prédateurs. Au milieu, deux formes, typique et mélanique, du papillon de nuit européen, la phalène du bouleau, dont les différences de coloration participent au camouflage sur des substrats différents. Toutes ces variations importantes dans la survie sont contrôlées par le même gène, cortex, qu’une équipe internationale vient de mettre en évidence. © Matthieu Joron

 
Dans cette étude, les scientifiques sont parvenu a identifié le gène qui contrôle les variations des motifs colorés chez trois espèces différentes d’Heliconius. Deux de ces espèces ont des motifs de couleurs presque identiques, une convergence appelée mimétisme et évoluant sous l’action de la sélection naturelle. La troisième espèce a des motifs d’avertissement très différents. Ce même gène, appelé cortex, contrôle donc à la fois la ressemblance et les différences de motifs entre ces espèces toxiques.

Indépendamment, un groupe de chercheurs de Liverpool a également montré que le gène cortex contrôle le camouflage et le fameux "mélanisme industriel" chez la Phalène du bouleau. Ces papillons nocturnes européens, icônes de l’action de la sélection naturelle, présentent typiquement une coloration blanche marbrée, grâce à laquelle ils sont parfaitement camouflés durant la journée sur les troncs couverts de lichens. Mais en Grande-Bretagne, au cours de la révolution industrielle, les phalènes ont changé de couleur. En effet, les individus sombres, mieux camouflés sur les troncs noircis par la pollution, sont devenus majoritaires. Suite à l’introduction d’une loi sur la pureté de l’air, ces papillons pâles sont redevenus prédominants. Les chercheurs ont montré que le changement de coloration a été produit par une mutation dans le gène cortex, qui a eu lieu environ 30 ans avant la première observation de phalènes noires à Manchester.

Ces deux exemples indépendants montrent que le gène cortex joue un rôle de premier plan dans l’évolution des motifs colorés dans tout ce groupe d’insectes (Lépidoptères). « Il est remarquable que le même gène contrôle une telle diversité des couleurs et des motifs chez les papillons de jour comme de nuit, s’étonne Mathieu Joron, biologiste au CEFE et co-auteur de l’étude, Cela est d’autant plus surprenant qu’on pensait auparavant que le gène cortex n’était impliqué que dans la production de cellules d’œufs chez les insectes femelles, et qu’il est très similaire à un gène qui contrôle la division cellulaire dans tous les organismes eucaryotes, de la levure à l’homme  ».

L’ensemble de ces résultats démontre la flexibilité des génomes et la remarquable convergence fonctionnelle à laquelle la sélection naturelle peut aboutir. Reste maintenant à découvrir comment un gène important dans la division cellulaire est devenu un gène clé de l’évolution de la coloration et de la survie chez les papillons.

La forme amazonienne Heliconius numata silvana sur une fleur de Gurania sp © Matthieu Joron

 
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1 University of Sheffield (UK) ; Smithsonian Tropical Research Institute (Panama) ; Universidad del Rosario (Colombia) ; The Australian National University (Australia) ; University of Cambridge (UK) ; University of California at Berkeley (USA) ; Williams College (USA) ; University of Oxford (UK) ; Penn State University (USA) ; University of Exeter in Cornwall (UK)
 
A lire aussi : Les prédateurs ne choisissent pas leurs proies au hasard (12 février 2016)
 
 class= Référence

"The gene cortex controls mimicry and crypsis in butterflies and moths", Nadeau NJ, Pardo-Diaz C, Whibley A, Supple MA, Saenko SV, Wallbank RWR, Wu GC, Maroja L, Ferguson L, Hanly JJ, Hines H, Salazar C, Merrill RM, Dowling AJ, ffrench-Constant RH, Llaurens V, Joron M, McMillan WO, and Jiggins CJ, Nature, le 1er juin 2016.

Contact chercheur

Matthieu Joron, Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive de Montpellier (CEFE) - CNRS/Université de Montpellier/Université Paul Valéry Montpellier 3/EPHE
Email : mathieu.joron@cefe.cnrs.fr

Contact communication

Nathalie Vergne, Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive de Montpellier (CEFE) - CNRS/Université de Montpellier/Université Paul Valéry Montpellier 3/EPHE
Email : comCEFE@cefe.cnrs.fr
 
Source : CNRS-INEE http://www.cnrs.fr/inee/