Dans l'est de l'Espagne (et dans de nombreux autres endroits si vous regardez), vous pouvez trouver Mercurialis annuelle, une plante à la vie sexuelle compliquée. Un nouvel article de Wen Juan Ma et ses collègues examinent deux espèces polyploïdes qui se sont formées après Mercurialis annuelle s'est hybridé, a dupliqué son génome et est devenu polyploïde.

Le papier, Une nouvelle espèce biologique du complexe polyploïde Mercurialis annua : divergence fonctionnelle de la morphologie des inflorescences et stérilité hybride, examine deux populations hexaploïdes. Hexaploïde signifie qu'au lieu d'avoir une seule paire de chromosomes, comme une plante diploïde, elle en possède trois.

Lorsque les génomes se dupliquent, ce n'est pas comme s'ils avaient été photocopiés. Les interactions se complexifient. Dr Wen-Juan Ma, postdoctorant travaillant avec Professeur John Pannell, a expliqué que cela ne signifie pas que les polyploïdes d'une même plante devraient toujours pouvoir se croiser. « Cela dépend de nombreux facteurs, dont le niveau de ploïdie. Des polyploïdes récents présentant le même niveau de ploïdie peuvent se croiser, quelle que soit leur origine évolutive, mais la première génération hybride (F1) pourrait être viable mais non fertile (ce qui dépend de la divergence des espèces progénitrices pour former chaque espèce polyploïde). »

« Ce n’est pas tout à fait vrai que Mercurialis annuelle peuvent se croiser. M.annua avec différents niveaux de ploïdie pourraient être en mesure de traverser; les hybrides sont viables mais largement stériles (voir l'article de Russel et Pannell 2015). Ainsi, tout nouveau polyploïde descendant d’eux pourrait être capable de se croiser, mais la progéniture hybride sera probablement stérile.

Le Dr Ma et ses collègues ont constaté qu'il y avait de bonnes raisons d'examiner Mercurialis annuellela progéniture de près. "Mercurialis annua est un système idéal pour tester nos idées car au sein de ce complexe d'espèces, nous avons des variations dans les inflorescences florales, les systèmes sexuels, la variation du niveau de ploïdie, maintenant nous pouvons tester l'isolement reproductif pour les individus ayant le même niveau de ploïdie mais avec une inflorescence mâle distinctive, également avec d'éventuelles origines évolutives différentes.

Les différences dans la fleur mâle sont frappantes avec les espèces P+ tenant leurs fleurs sur des tiges ou des penducules. En revanche, les espèces P- ont des fleurs sous-sessiles, ce qui signifie qu'elles reposent directement sur la tige. Le Dr Ma a déclaré : « Pour les plantes pollinisées par le vent, la structure de l'inflorescence de la fleur mâle est importante pour le succès de la dispersion du pollen. Par exemple, l'espèce polyploïde P+ nouvellement découverte, avec des fleurs mâles sur des pédoncules dressés plutôt que dans l'inflorescence axillaire sous-sessile qui sont plus typiques de l'hexaploïdie M.annua comme P-, il a montré que P+ augmente significativement la dispersion du pollen et bénéficie d'un bien meilleur succès de génération (voir les résultats de Santos del Blanco et coll. 2019). "

On pourrait se demander si la forme P+ disperse tellement mieux son pollen, comment la forme P- peut-elle persister ? Le Dr Ma a déclaré : « Nous avons posé la même question dans notre article. Étant donné la supériorité des hermaphrodites hexaploïdes P+ sur les hermaphrodites hexaploïdes P– en termes de production et de dispersion du pollen, on peut s'attendre à ce qu'avec le temps, le phénotype P+ finisse par supplanter le phénotype P–, suite à une saturation pollinique similaire à celle que subit la lignée P– lorsqu'elle rencontre des diploïdes dioïques. » M.annua (Buggs et Pannel 2006).

Être submergé par du pollen de morphologie opposée est néfaste pour une plante. Bien que les deux plantes puissent échanger du pollen, cela ne produit pas de résultats à long terme. « Les différences génétiques entre les espèces P+ et P- peuvent être supérieures ou égales aux différences phénotypiques. Les individus hybrides entre P+ et P- sont viables (la biomasse est même supérieure à celle des espèces parentales P+ et P-), mais ils sont largement stériles, car ils produisent peu de graines et le pollen ne semble pas très efficace pour fertiliser les fleurs femelles. »

La clé de l'isolement entre les espèces semble résider dans le processus qui les a créées. Le Dr Ma a déclaré : « Lorsqu'une plante devient polyploïde, en quelques générations, l'espèce polyploïde peut subir une réorganisation accélérée du génome et d'autres processus mutationnels consécutifs à l'hybridation et à la duplication du génome. »

Il n'est pas simple de caractériser de tels processus chez des espèces polyploïdes établies de longue date, mais l'analyse des descendants immédiats de polyploïdes synthétiques a révélé qu'ils peuvent être spectaculaires. Par exemple, Song et coll. (1995) observé des changements dans les modèles de fragments de restriction dans chacune des premières générations après avoir synthétisé des polyploïdes de plusieurs brassicacées espèces, attribuant ces changements à des réarrangements chromosomiques, des mutations ponctuelles, une conversion génétique et une méthylation de l'ADN.

Le Dr Ma considère qu'il s'agit d'une avancée qui pourrait ouvrir de nouvelles perspectives aux chercheurs dans l'étude de la polyploïdisation et de l'évolution des systèmes sexuels. « De nombreuses autres pistes sont envisageables. Par exemple, grâce à un grand nombre de marqueurs génomiques et à un échantillonnage plus poussé, nous pourrions établir avec plus de certitude les voies évolutives ayant conduit à l'origine des deux lignées hexaploïdiques, distinguer le tri incomplet des lignées de l'introgression génomique, et enfin, réexaminer la taxonomie et la systématique du genre. » Mercurialis. »

Le Dr Ma conclut : « Cet article est pertinent pour les personnes travaillant sur la spéciation, la polyploïdisation, l'hybridation, l'évolution du système sexuel des plantes et l'évolution de la reproduction végétale. Nos recherches montrent que les histoires évolutives distinctes de deux lignées hexaploïdes M.annua ont contribué à la remarquable diversité reproductive du complexe d'espèces. Il semble probable que l'interférence reproductive entre eux conduira éventuellement au déplacement d'une lignée par l'autre via l'inondation de pollen. Ainsi, alors que la polyploïdisation peut contribuer à la spéciation, la diversification pourrait également être compromise par des interférences reproductives.