Périodiquement, les plantes peuvent subir une duplication du génome entier (WGD). C'est alors que le génome entier est copié. Chez l'homme, nous avons une paire de chromosomes dans notre génome, ce qui nous rend diploïde. Une plante diploïde qui subit une duplication complète de son génome devient tétraploïde car il a quatre chromosomes. D'autres plantes peuvent être hexaploïde ou même, dans le cas de certaines fraises, octoploïde. Tout ce qui dépasse une paire de chromosomes est considéré polyploïde. Lorsque ces événements de duplication se produisent, des choses étranges peuvent se produire dans une usine, et elle peut soudainement devenir beaucoup mieux adaptée à une niche. Mais quelle est la relation entre les événements du WGD et l'évolution ?
Xiao-Chen Huang et ses collègues ont examiné événements de mésopolyploïdisation chez les Brassicaceae. Méso- au sens d'il y a quelques millions d'années plutôt que récent (néo-) ou extrêmement ancien (paléo-). En particulier, ils ont examiné les changements de taux dans la famille. Ce sont le taux d'extinction, le taux de spéciation et le taux net des deux. Si cette vitesse de spéciation change, alors il y a eu un "changement de taux" et c'est ce que Huang et ses collègues ont étudié.
Les Brassicaceae sont une famille familière, car quelques espèces ont été domestiquées. C'est la famille qui contient des navets, des choux et des moutardes, mais le professeur Marcus Koch, de l'Université de Heidelberg, et co-auteur de l'article, a expliqué qu'il y a beaucoup plus dans les Brassicaceae. "Les Brassicacées sont connues pour leur présence dans des environnements difficiles (salins, alpins, arctiques, métaux lourds, etc.), et diverses lignées présentent des taux de spéciation très élevés, ce qui en fait un excellent système d'étude pour analyser ce type de processus évolutifs. De plus, la famille compte plus de 4000 espèces, ce qui fournit simplement la puissance statistique pour toute analyse.
« Les Brassicacées sont également connues pour leurs nombreuses espèces polyploïdes et on a longtemps pensé que la polyploïdisation per se pourrait être un moteur de la diversification évolutive ultérieure et de la spéciation ultérieure, la duplication du génome entier peut fournir la base génétique pour explorer de nouveaux environnements et développer de nouveaux traits et caractères sous des régimes de sélection changeants. Pourtant, au contraire, il y a eu un débat sur le fait que les polyploïdes pourraient également être considérés comme des «impasses» évolutives.
« Nous avons montré que chez les Brassicacées, les deux facteurs, la polyploïdisation passée et les changements de taux (par exemple déclenchés par des changements environnementaux) ne sont pas nécessairement liés ; et les deux contribuent à des taux de spéciation élevés chez les Brassicaceae.
Pour ce faire, ils ont séquencé l'ADN des plastes chez les Brassicacées afin d'établir une structure de base évolutive. Les plastes sont des organites, comme les chloroplastes ou les chromoplastes, qui contiennent des pigments dans la cellule. Possédant leur propre ADN, ils sont indépendants des événements de polyploïdisation du noyau cellulaire, mais peuvent néanmoins fournir leur propre mesure du temps évolutif. Ceci a révélé que les Brassicacées ont commencé à diverger il y a environ trente millions d'années, de nombreuses tribus ayant divergé au cours des millions d'années suivantes, durant le Miocène. Cette structure de base a servi à établir des phylogénies individuelles à partir de données de séquences d'ADN nucléaire, concernant près de 2 000 des 4 000 espèces de la famille des Brassicacées.
Bien que l'espèce ait subi des duplications de génome entier au cours de cette période, les auteurs ont également constaté que des changements de taux pouvaient se produire sans ces duplications. J'ai demandé au professeur Koch si c'était une surprise de voir des duplications de génome entier ne pas entraîner les changements de taux. « Oui et non : une duplication du génome a de nombreux impacts graves sur l'ensemble du système génétique. Et aussi d'un point de vue évolutif le génome doit être stabilisé (processus de diploïdisation), pour se diversifier par la suite. Mais si ce processus a réussi, alors ce système pourrait être positionné pour mieux se diversifier dans de nouvelles conditions environnementales.
"Cependant, des conditions environnementales changeantes peuvent également déclencher une spéciation accrue (sans précéder la duplication du génome). Et, par conséquent, les deux processus sont indépendants l'un de l'autre - mais nous pouvons émettre l'hypothèse qu'il y a des effets additifs.
Le Miocène était une époque qui a conduit à un refroidissement de la planète, avant le Pliocène quand il y a eu une série de périodes glaciaires. Ces changements d'environnement ont eu un effet sur les espèces de Brassicaceae. Le changement climatique passé peut-il être utilisé pour prédire l'avenir ? Probablement pas selon le professeur Koch. « Les échelles de temps que nous avons considérées s'étendent sur des millions d'années. Le changement climatique actuel (et très rapide) influence fortement extinction (en combinaison avec une augmentation de l'azote, des changements de paysage, etc.), mais les changements environnementaux n'augmenteront probablement pas le taux de spéciation en conséquence. Cela signifie que le taux net de spéciation diminuera rapidement. Cependant, nous ne pouvons pas mesurer ce processus "en temps réel", simplement parce que de nouvelles espèces évoluent sur des milliers à des dizaines de milliers d'années. C'est pourquoi il est si important et significatif de reconstruire le passé.
Les auteurs écrivent qu'ils ont fait trois découvertes principales dans leur recherche :
"(1) Des changements de taux significatifs sont observés dans 12 des 52 tribus de Brassicaceae, qui sont découplées des WGD mésopolyploïdes. Les changements qui ont été détectés au sein des tribus ont été répartis de manière aléatoire sur la période, indiquant qu'aucune époque n'a contribué à une explosion majeure de la diversification des Brassicaceae. Cependant, le Pliocène-Pléistocène joue un rôle majeur pour la diversité actuelle des Brassicaceae et souligne que la diversification des Brassicaceae est généralement favorisée par des conditions plus fraîches et plus sèches. Les cycles glaciaires/déglaciation du Pléistocène peuvent avoir contribué au maintien du taux de diversification élevé des Brassicacées.
(2) L'effet combiné d'un âge plus avancé de la couronne et d'un taux de diversification net plus rapide est suffisant pour expliquer la grande richesse spécifique des tribus Brassicaceae.
(3) Les espèces de Brassicacées ont env. 43.3 % de néopolyploïdes, suggérant que WGD est un moteur constant de la diversification des espèces. Au fil du temps, les néopolyploïdes se transforment en mésopolyploïdes et sont la source d'une diversification future.
Pour le professeur Koch, c'est à la fois la polyploïdisation et la réponse environnementale qui sont des facteurs importants dans l'histoire évolutive des Brassicaceae. "Je pense, entre autres découvertes, que le message à retenir est : 'La polyploïdisation contribue de manière continue et significative à la diversité des espèces au cours des temps d'évolution. chez les Brassicacées. Ce n'est pas une impasse évolutive, plutôt qu'une propriété intrinsèque de cette importante famille de plantes comprenant également Arabidopsis et de nombreuses plantes cultivées telles que les Brassicas.
Mise à jour : 6 mars 2020 Une version antérieure a brouillé la relation entre l'ADN plastidial et l'ADN nucléaire.
