Les graminées transmettent des gènes d’une espèce à une autre mais on ne sait pas comment

Par Michael Marshall

C’est du freecycling, mais pour l’ADN. Les graminées transmettent régulièrement des gènes d’une plante à une autre, même si elles appartiennent à des espèces éloignées.

«Nous avons montré que le transfert latéral de gènes est un processus répandu dans les graminées», explique Luke Dunning de l’Université de Sheffield au Royaume-Uni. La découverte ajoute à la preuve que l’ADN peut être transféré d’un organisme complexe à un autre, et que cela peut profiter à l’organisme qui le reçoit.

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Les biologistes savent depuis des décennies que les organismes unicellulaires comme les bactéries peuvent transmettre des gènes: un processus appelé transfert latéral de gène ou transfert horizontal de gène. Mais il y a 20 ans à peine, on pensait que cela ne se produisait pas dans les organismes aux cellules plus complexes, connus sous le nom d’eucaryotes – le groupe qui comprend tous les animaux, plantes et champignons.

«Les gens pensaient que c’était complètement limité aux bactéries et ne se produisait pas chez les eucaryotes», dit Cunning. «Cela ne fait probablement que 10 à 15 ans que cela a vraiment changé.» De nos jours, de nombreux exemples eucaryotes sont connus, comme un gène végétal qui s’est croisé dans des insectes.

La plupart des études de ce phénomène se sont concentrées sur des exemples isolés: par exemple, en 2019, l’équipe de Dunning a montré qu’une herbe appelée Alloteropsis semialata avait 59 gènes transférés latéralement.

Pour découvrir à quel point le transfert de gène latéral est vraiment répandu, l’équipe de Dunning a étudié les génomes de 17 espèces de graminées, dont certaines évoluent indépendamment les unes des autres depuis 50 millions d’années. Les graminées comprenaient des cultures vivrières comme le riz asiatique, le blé tendre et le millet sétaire.

L’équipe a découvert que 13 des 17 espèces portaient des gènes transférés latéralement – indiquant un transfert généralisé. Au total, 170 gènes avaient été transférés.

«Alors que de plus en plus de génomes d’eucaryotes sont séquencés, nous voyons tellement d’exemples de transfert horizontal de gènes», explique Julia Van Etten de l’Université Rutgers dans le New Jersey. Elle a co-écrit une étude de 2020 estimant qu’environ 1% des gènes des eucaryotes unicellulaires appelés protistes sont le résultat d’un transfert de gène latéral.

Pour 10 000 gènes dans les génomes des graminées, l’équipe estime que 3,72 sont transférés latéralement de manière détectable. «Mais c’est une énorme sous-estimation», dit Dunning, car seuls certains gènes transférés seront favorisés par la sélection naturelle et deviendront communs dans une population. «C’est probablement un processus continu qui se produit tout le temps, et ensuite vous n’en réparerez qu’un ou deux.»

L’équipe a découvert que le transfert latéral de gènes était plus courant chez les espèces étroitement apparentées, peut-être parce que leurs gènes sont plus compatibles. Mais c’est quand même arrivé dans les moins liés.

Les transferts étaient également plus fréquents dans les herbes qui avaient des rhizomes – des tiges souterraines qui peuvent envoyer des racines et des pousses sous la surface. «Ce sont des tissus qui permettent aux plantes de se reproduire de manière asexuée», explique Dunning. «Si vous introduisez un ADN étranger dans ce rhizome, lorsque la plante se régénère, c’est dans chaque cellule de ce clone, y compris les fleurs, et c’est ainsi qu’il pénètre dans la lignée germinale.»

«La question à un million de dollars est de savoir comment cela se passe», déclare Dunning. Les graminées ne s’hybrident pas les unes aux autres, car l’ADN serait très différent si elles l’étaient. Il suggère que dans de nombreux cas, la pollinisation par le vent pourrait être un facteur. «Potentiellement, vous pourriez avoir une pollinisation illégitime où vous ne recevez qu’un petit peu d’ADN transféré d’une espèce extérieure», au lieu d’un véritable hybride, dit-il.

Bien que les gènes transférés latéralement ne représentent qu’un petit pourcentage des génomes eucaryotes, ils peuvent encore avoir des impacts majeurs sur l’évolution, dit Van Etten. Par exemple, elle travaille avec des algues rouges qui vivent dans des environnements chauds et toxiques. «Ils prospèrent parce qu’ils ont acquis horizontalement des gènes pour la désintoxication de l’arsenic et la désintoxication au mercure, et ils sont capables d’absorber des sucres pour ne pas avoir à faire de la photosynthèse tout le temps. Ils ont complètement changé leur style de vie.

Il se peut que les transferts latéraux de gènes sous-tendent certains des traits trouvés dans les souches domestiques de graminées cultivées comme le blé, dit Dunning. C’est de la spéculation, mais si elle est confirmée, cela signifiera que le transfert latéral de gènes nous a aidés à créer les cultures qui nous nourrissent maintenant.

Référence du journal: Nouveau phytologue, DOI: 10.1111 / nph.17328

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