Un seul gène dans une espèce peut provoquer l’extinction d’autres espèces

Certaines espèces jouent un rôle démesuré dans l’environnement qu’elles habitent. Les castors construisent des barrages qui créent des étangs où les poissons prospèrent. Les loutres des forêts de varech mangent suffisamment d’oursins pour que le varech puisse pousser sans être englouti au préalable. Ces espèces dites clés maintiennent leur écosystème ensemble.

Mais que se passerait-il si les écosystèmes ne dépendaient pas seulement d’une seule espèce, mais pouvaient être créés ou détruits par une seule gène? Dans une étude publiée jeudi dans la science, des chercheurs ont démontré l’existence de ce qu’ils appellent un « gène clé de voûte ». La découverte peut avoir des implications sur la façon dont les scientifiques pensent à la manière dont les écosystèmes et les espèces qui les composent persistent dans le temps.

En laboratoire, les chercheurs ont construit plusieurs écosystèmes miniatures composés de seulement quatre espèces chacun. Au bas de la chaîne alimentaire se trouvait Arabidopsis thaliana, une petite plante annuelle qui est un organisme d’étude préféré des biologistes (son génome a été séquencé il y a plus de 20 ans). Dans chaque écosystème, la plante servait de nourriture à deux espèces de pucerons, qui à leur tour nourrissaient une guêpe parasitoïde.

Chaque écosystème de la taille d’une boîte à pain contenait plusieurs Arabidopsis les plantes. Dans certains systèmes, les plantes étaient génétiquement identiques – une monoculture. Dans d’autres, des variations génétiques ont été introduites en activant et désactivant trois gènes –MAM1, AOP2 et GSOH— dans diverses combinaisons. Les chercheurs se sont concentrés sur ces gènes car ils maintiennent la production de composés appelés glucosinolates aliphatiques, qui protègent la plante en dissuadant les pucerons affamés. Certains des écosystèmes expérimentaux présentaient plus de variations dans le nombre de combinaisons génétiques que d’autres; les chercheurs ont regardé pour voir dans quelle mesure les plantes, les pucerons et les guêpes coexisteraient dans chaque scénario.

Comme l’équipe s’y attendait, les écosystèmes avec des plantes génétiquement plus diversifiées se sont avérés plus stables. Pour chaque plante avec une composition génétique différente que les chercheurs ont ajoutée au mélange, le taux d’extinction des insectes a chuté de près de 20 %, par rapport aux monocultures.

Mais ce qui a stupéfié les chercheurs, c’est que ce résultat semblait reposer sur un seul gène. Indépendamment de la diversité, si les systèmes contenaient des plantes avec une certaine variante, ou allèle, du AOP2 gène, le taux d’extinction des insectes a diminué de 29 pour cent, par rapport aux systèmes sans lui. Essentiellement, si vous changez cela AOP2 allèle, vous perdez les insectes. L’augmentation de la diversité génétique a aidé les insectes car elle a augmenté la probabilité que les pucerons rencontrent des plantes avec cette variante génétique critique. «Nous nous attendions à l’effet de diversité», explique Matt Barbour, auteur principal et écologiste de l’Université de Zurich. “Mais l’effet étonnamment important du gène unique – c’était surprenant.”

Aussi surprenant était le mécanisme par lequel le AOP2 allèle a eu un impact sur les pucerons. Bien que la variante ait changé la façon dont une plante produisait son composé anti-pucerons, elle a également permis à la plante de pousser plus rapidement. Cela a permis aux pucerons, ainsi qu’aux guêpes qui en dépendaient pour se nourrir, de grossir plus rapidement. “Les pucerons qui se nourrissent de la plante sont en fait capables de grossir et de se reproduire plus rapidement, de sorte que leurs populations peuvent croître plus rapidement”, explique Barbour. “Je ne m’attendais pas AOP2 pour avoir cet effet.

“Montrer qu’un seul gène peut réellement réorganiser les réseaux écologiques est un très bon exemple de ce qui se passe lorsque vous associez la génétique et la recherche écologique de pointe”, déclare Rachel Germain, scientifique en biodiversité à l’Université de la Colombie-Britannique, qui n’était pas impliquée. dans la recherche. “C’est le premier type d’étude comme celle-ci, et j’imagine que beaucoup d’autres vont venir.”

Les biologistes de la conservation savent depuis longtemps que les écosystèmes diversifiés sont plus grands que la somme de leurs parties et que, en particulier, ils sont plus stables. De même, des populations d’espèces génétiquement plus diversifiées ont plus de chances de survivre, grâce à une capacité accrue d’adaptation à un environnement changeant. L’effet s’apparente à la diversification d’un portefeuille d’investissement : on ne peut pas être sûr des gènes qui mèneront à un plus grand succès en tant que population, donc plus on a d’options, plus il est probable que quelque chose se concrétise.

Mais les nouvelles découvertes indiquent un mécanisme qui pourrait rendre la diversité génétique essentielle au maintien des écosystèmes. Si des variantes génétiques spécifiques (gènes clés) sont perdues dans les populations, autre les espèces pourraient disparaître, pas seulement les propriétaires des gènes. “Ce n’est pas vraiment une question de diversité, mais le fait d’avoir un pool génétique diversifié augmente les chances de trouver cette mutation singulière importante”, explique Germain. “C’est l’une des choses qui sont cool à propos de ce document – c’est peut-être quelque chose auquel peu d’écologistes ont beaucoup pensé.”

Barbour dit qu’il ne soupçonne pas que les gènes clés maintiennent ensemble tous les écosystèmes. “Je ne m’attends pas à ce qu’ils soient communs”, dit-il. “Mais quand ils seront là, ils vont être importants.”

Peut-être, pense Barbour, la science pourrait-elle éventuellement tirer parti des gènes clés pour protéger et restaurer la biodiversité. “Les humains sélectionnent des plantes depuis longtemps et les modifient génétiquement plus récemment”, dit-il. « Et si nous connaissions les gènes qui leur permettraient non seulement de mieux survivre mais aussi de favoriser la biodiversité ? Je pense que c’est une implication vraiment importante et vraiment intéressante. Mais cela reste une question à régler à l’avenir. “Nous ne faisons que commencer à essayer de vraiment disséquer ces effets génétiques sur les écosystèmes”, ajoute Barbour.

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