La diversité multi-échelle d'un pollen killer d'Arabidopsis révèle son histoire évolutive

Certains éléments génétiques sont dits égoïstes car ils favorisent leur propre transmission à la descendance lors de la reproduction. Ils sont très fréquents aussi bien chez les champignons que chez les plantes ou les animaux, et sont constitués chacun de deux ou trois gènes spécifiques. Comprendre comment ils apparaissent et se répandent dans les populations est un enjeu majeur en biologie évolutive. Ces phénomènes présentent un grand intérêt, notamment pour comprendre les mécanismes de l'évolution et de la spéciation, mais aussi par exemple pour élaborer des stratégies de contrôle de populations invasives. Bien qu'ils soient courants chez les plantes, seuls quelques-uns ont jusqu'à présent été décryptés pour en déterminer les gènes responsables.

Un pollen killer identifié dans un croisement entre deux accessions naturelles éloignées d'Arabidopsis thaliana a été étudié. Il implique trois gènes génétiquement liés : deux sont nécessaires à la production d’un poison et le troisième produit l’antidote. La toxicité est spécifique au pollen et implique les mitochondries qui sont le siège de la respiration cellulaire. Les séquences des protéines codées par ces gènes révèlent des caractéristiques essentielles à leur fonction. L’analyse de plus de 700 accessions mondiales d'A. thaliana montre que le locus est sujet à d'importants réarrangements structuraux et à des variations du nombre de copies des gènes, et l’analyse des séquences permet de proposer un scénario pour l'émergence de ce pollen killer dans l’espèce. De plus, sa présence dans plusieurs populations locales permettra l'étude de l'évolution d'un pollen killer dans la nature. Des études plus approfondies contribueront à documenter la dynamique d'un pollen killer en populations naturelles, éclairant ainsi les études théoriques et appliquées en biologie évolutive. Elles pourront alimenter le débat sociétal sur les nouveaux types de distorteurs de ségrégation, proposés pour le contrôle des mauvaises herbes ou le sauvetage génétique d'espèces menacées.

Ces résultats soulignent qu'arabidopsis, à l'origine principalement un modèle de biologie fonctionnelle, est également un modèle précieux pour mener des études en biologie des populations, grâce à des centaines de génotypes collectés dans de nombreuses populations à différentes échelles. Dans cette optique, le "Centre de Ressources Biologiques Arabidopsis Versailles" PO-VASC de l’IJPB accueillera prochainement un ensemble d’accessions naturelles françaises collectées aux niveaux national, régional et local, qui seront mises à disposition de la communauté scientifique internationale. La disponibilité des séquences génomiques ainsi que la caractérisation écologique de leurs habitats d'origine apportent une forte valeur ajoutée à ces ressources.

Une recherche développée à l’Institut Jean-Pierre Bourgin - Sciences du Végétal.