Conflit dans les cellules: quand les chromosomes sexuels neutralisent des microbes égoïstes
Publié par Isabelle le 18/11/2019 à 14:00
Source: CNRS INEE
La symbiose microbienne est très répandue chez les animaux et elle joue un rôle clé dans l'écologie et l'évolution des espèces. Toutefois, les interactions entre hôtes et symbiotes peuvent s'avérer conflictuelles. En décryptant le 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...) du cloporte Armadillidium nasatum et en comparant la transmission des chromosomes sexuels à celle de la bactérie symbiotique Wolbachia, une équipe du Laboratoire Ecologie et Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...) des Interactions (EBI, CNRS/ Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Poitiers) a découvert un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique (ARN) fonctionnel. On peut également définir un...) porté par les chromosomes sexuels qui bloque la transmission de Wolbachia. Cette étude, publiée dans la revue PLoS Biology, offre une nouvelle perspective sur la façon dont la symbiose (La symbiose est une association intime et durable entre deux organismes hétérospécifiques (espèces différentes), parfois plus. Les organismes sont qualifiés de symbiotes, ou, plus rarement...) et les conflits génétiques façonnent l'évolution des organismes vivants.


Le cloporte Armadillidium nasatum © Isabelle Giraud, laboratoire EBI Poitiers

Parmi les interactions ayant façonné l'évolution des organismes, l'endosymbiose est la plus intime, dans la mesure où elle implique une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) dans laquelle un partenaire microbien vit à l'intérieur des cellules de son hôte. L'endosymbiose est notamment connue pour avoir joué un rôle clé dans l'émergence des formes de vie (La vie est le nom donné :) majeures sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) et dans l'évolution de la diversité biologique. Le succès de telles symbioses s'appuie notamment sur une transmission dite "verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.)" des symbiotes d'une génération d'hôte à la suivante, en général de la mère à ses petits.

Du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) des symbiotes, il est préférable d'être présent dans les femelles qui pourront les transmettre à leurs descendants, plutôt que dans les mâles qui ne pourront pas les transmettre. Ainsi, au cours de l'évolution, certains symbiotes dits "égoïstes" ont développé la capacité de manipuler 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...) de leurs hôtes, en les contraignant à produire plus de femelles que de mâles dans leurs descendances. Ceci est contraire aux intérêts des hôtes, pour qui la production égale de mâles et de femelles est préférable. Dès lors, les intérêts divergents entre hôtes et symbiotes ouvrent la voie à l'établissement d'un conflit à l'échelle cellulaire et génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) entre les deux partenaires. Dans une étude publiée récemment, des chercheurs du Laboratoire Ecologie et Biologie des Interactions (EBI) de Poitiers ont pu mettre en évidence un tel exemple de conflit génétique entre le cloporte Armadillidium nasatum et le symbiote bactérien Wolbachia.

Chez ce crustacé terrestre, le sexe (Le mot sexe désigne souvent l'appareil reproducteur, ou l’acte sexuel et la sexualité dans un sens plus global, mais se réfère aussi aux différences physiques distinguant les hommes et les femmes. (Les...) est déterminé par des chromosomes sexuels X et Y, les croisements entre mâles XY et femelles XX produisant des descendances comportant autant de femelles que de mâles. Or, certains individus hébergent la bactérie endosymbiotique Wolbachia qui, lorsqu'elle est présente dans les cellules de son hôte, est capable de convertir les mâles en femelles, et ce quels que soient leurs chromosomes sexuels. Il en résulte que les descendances de femelles porteuses de Wolbachia comportent en général au moins 80% de femelles. Dans une telle situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il...), la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) prédit la perte du 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...) X et la fixation du génotype (Le génotype est l'ensemble ou une partie donnée de la composition génétique (information génétique) d'un individu. Le génotype d'un individu est donc la composition allélique de tous les...) inhabituel (et souvent létal ou infertile) YY.

Afin de tester cette prédiction, les chercheurs ont décrypté le génome du cloporte A. nasatum, réalisé des croisements génétiques et suivi la transmission des chromosomes sexuels et de Wolbachia au fil des générations. Ils ont pu démontrer que les chromosomes X et Y sont génétiquement très similaires et que les individus YY sont viables et fertiles dans cette 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 flou dont il existe une...). Cela explique pourquoi Wolbachia a pu se répandre dans les populations d'A. nasatum. Cependant, contrairement aux prédictions théoriques, Wolbachia ne peut pas entraîner la fixation des individus YY. Cela s'explique par la présence d'un gène sur les chromosomes sexuels dont la configuration chez les femelles YY bloque la transmission de Wolbachia. De façon remarquable, des simulations réalisées par les chercheurs indiquent que ce blocage de Wolbachia restaure une production équilibrée de mâles et de femelles dans les populations. Cela suggère que la suppression de la transmission des symbiotes chez les femelles YY aurait évolué en réponse au conflit génétique induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité...) par Wolbachia. Ces résultats apportent un regard nouveau sur la façon dont la symbiose et les conflits génétiques façonnent l'évolution des organismes vivants, ici en relation avec un mécanisme biologique fondamental des animaux: le déterminisme du sexe.

Référence publication:
Becking T., Chebbi M.A., Giraud I., Moumen B., Laverré T., Caubet Y., Peccoud J., Gilbert C. & Cordaux R. (2019) Sex chromosomes control vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) transmission of feminizing Wolbachia symbionts in an isopod. PLoS Biology. 17, e3000438. DOI: 10.1371/journal.pbio.3000438. Publié le 10 octobre 2019.

Contacts chercheurs:
Richard Cordaux - Laboratoire Ecologie et Biologie des Interactions (EBI, CNRS/ Université de Poitiers)
05 49 45 36 51
richard.cordaux at univ-poitiers.fr

Nicolas Bech - Correspondant communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications,...) - Laboratoire Ecologie et Biologie des Interactions (EBI, CNRS/ Université de Poitiers)
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