Les espèces de plantes carnivores d'utriculaire, de grassette et de droséra abritent certains des plus petits génomes trouvés chez les plantes à fleurs. Les chercheurs se sont longtemps demandé quels facteurs génétiques ou environnementaux contribuaient à ces génomes végétaux miniatures et une équipe de scientifiques a découvert que une seule mutation est corrélée à la réduction de la taille des génomes et la provoque chez certaines espèces carnivores de la famille des Lentibulariacées. Les résultats ont été récemment publiés dans Annals of Botany.
Les mitochondries sont les organites producteurs d’énergie au sein des cellules. Les chercheurs se sont concentrés sur une mutation d’un gène appelé cytochrome c oxydase (COX), qui code pour une enzyme essentielle à la production d’énergie par les mitochondries via la respiration cellulaire. Ils ont émis l’hypothèse que la mutation COX améliore l’efficacité mitochondriale, offrant un avantage aux plantes carnivores qui dépendent de pièges à succion pour attraper leurs proies. Cependant, la mutation peut avoir un coût en augmentant la production de molécules nocives appelées espèces réactives de l’oxygène (ROS) comme sous-produit de la respiration.
Pour tester cette idée, l'équipe basée à l'Université Masaryk a compilé des données sur la taille du génome et des mesures chromosomiques pour plus de 100 espèces appartenant aux trois genres qui composent la famille carnivore des Lentibulariaceae : Genliséa, Météo à Pinguicula et Utricularia. Ils ont également isolé et analysé la séquence du gène COX de chaque espèce pour déterminer si elles étaient porteuses de la version ancestrale ou mutée. À l’aide d’analyses statistiques, les chercheurs ont évalué si les modèles dans les données soutenaient la mutation COX qui a entraîné des génomes végétaux plus petits au cours du temps évolutif.
Leurs résultats fournissent des preuves convaincantes que la mutation COX contribue à la réduction de la taille du génome chez ces plantes carnivores. Les espèces porteuses du gène COX muté présentaient systématiquement des génomes et des chromosomes plus petits que celles conservant la séquence ancestrale. La modélisation phylogénétique a également révélé que les génomes des porteurs de mutations COX avaient tendance à devenir progressivement plus petits en réponse à l'évolution.
Les chercheurs pensent que l'augmentation des niveaux de ROS résultant de la mutation COX dépasse les capacités de réparation de l'ADN des plantes, ce qui conduit à des taux plus élevés de suppressions génomiques au fil des générations. À mesure que les régions non essentielles disparaissent progressivement, la taille des génomes des plantes diminue. Si l'amélioration de la fonction mitochondriale est bénéfique pour les pièges à carnivores, cette modification génétique se fait au prix d'une déstabilisation du génome.
Nos résultats indiquent que l’ensemble du genre Utricularia et les sections Recurvatae et Genlisea du genre Genlisea portent des mutations CC ou CS dans le gène COX… L'observation selon laquelle ces lignées de Lentibulariaceae ont tendance à développer des tailles de génome plus petites par rapport à celles ayant l'état LS ancestral (genre Météo à Pinguicula, Genliséa La section Tayloria) s'aligne sur l'hypothèse selon laquelle les changements dans la séquence COX augmentent la production de ROS, augmentant les dommages à l'ADN et favorisant la réparation de l'ADN biaisée par la suppression, aboutissant à la contraction du génome.
En révélant comment une seule mutation mitochondriale affecte l'évolution du génome, cette étude met en lumière les compromis génétiques et environnementaux complexes qui façonnent les espèces. Elle illustre comment même des changements subtils dans les processus cellulaires peuvent se répercuter sur l'ensemble du génome d'un organisme au cours des échelles de temps évolutives. L'étude met également en évidence les plantes carnivores comme des modèles génétiques intrigants et souligne que les mutations mitochondriales sont un moteur sous-estimé du changement du génome. L'exploration continue de ce système unique pourrait révéler d'autres découvertes inattendues.
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Zedek F., Šmerda J., Halasová A., Adamec L., Veleba A., Plačková K. et Bureš P. (2024) «La taille réduite des génomes des angiospermes pourrait être le prix à payer pour des pièges efficaces contre les utriculaires. » Annals of Botany. Disponible à l'adresse: https://doi.org/10.1093/aob/mcae107
