Quand deux génomes se rencontrent : histoire évolutive des deux sous-génomes d’une espèce polyploïde, la capselle bourse-à-pasteur


 AHLeGall    28/02/2019 : 14:16

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ARTICLE DANS PLoS GENETICS

Sylvain Glémin (ECOBIO) est co-auteur dans PLoS Genetics d'une étude publiée en février 2019 qui retrace l’histoire évolutive des deux sous-génomes de la capselle bourse-à-pasteur (Capsella bursa-pastoris, Brassicaceae) basée sur l'analyse de la diversité génétique et les variations d’expression de ses gènes.


Au cours de leur cycle de reproduction, les eucaryotes alternent entre une phase haploïde (où le génome est en une seule copie) et une phase diploïde (où le génome est en deux copies). Les individus diploïdes sont issus de la fécondation de deux gamètes haploïdes et possède donc deux jeux de chromosomes, en provenance de chacun des parents. Le mécanisme de la méiose permet de reformer des cellules haploïdes en séparant équitablement les deux jeux de chromosomes. Certaines espèces cependant possèdent plus de deux copies de leurs chromosomes. On parle d’espèces polyploïdes. Si le nombre de copies est un multiple de deux, l’alternance entre méiose et fécondation peut se produire normalement et les espèces peuvent donc parfaitement se reproduire. La polyploïdie est particulièrement fréquente chez les plantes et beaucoup d’espèces sont d’origine allopolyploïde, c’est-à-dire issue de l’hybridation entre deux espèces différentes associée à une duplication du génome. Malgré l’importance de la polyploïdie chez les plantes, l’évolution de deux génomes une fois qu’ils se retrouvent au sein d’un même organisme reste encore mal connue. Est-ce que leur évolution dépend des différences initiales entre les espèces parentales ? Comment sont-ils affectés par leur histoire commune ? Ont-ils tendance à diverger ou converger suite à leur mise en commun ?

Dans une étude publiée en février 2019 dans la revue PLoS Genetics en collaboration entre l’équipe « Evolution, Génome, Adaptation » (Sylvain Glémin), l’université d’Uppsala (Suède) et l’université de Toronto (Canada), l’histoire évolutive des deux sous-génomes de la capselle bourse-à-pasteur (Capsella bursa-pastoris, Brassicaceae) a été étudiée en analysant la diversité génétique et les variations d’expression des gènes. La capselle bourse-à-pasteur est une espèce polyploïde assez récente (~100 000 ans) et une « mauvaise herbe » très commune, répandue dans toute l’Eurasie (et plus récemment en Amérique du nord et en Australie). Une particularité intéressante de cette espèce est que les deux espèces parentales ont des caractéristiques contrastées : C. grandiflora est une espèce allofécondante extrêmement diverse génétiquement avec une distribution géographique limitée au nord de la Grèce, alors que C. orientalis est une espèce autofécondante, génétiquement très uniforme avec une large aire de distribution en Asie centrale.

Cette étude a montré qu’après environ 100 000 générations de coexistence au sein de la même espèce, les deux sous-génomes ont gardé une partie des différences initiales présentes entre les espèces parentales. Par exemple, le sous-génome dérivé de l’espèce autofécondate C. orientalis ayant la plus grande quantité de mutations délétères dans son génome a continué à accumuler plus de mutations délétères que le génome issu de l’autre espèce. A l’inverse, le sous-génome issu de l’espèce allofécondante et très diverse est celui qui a le plus contribué à l’adaptation chez la polyploïde. Ces différences, ainsi que les différences d’expression des gènes, dépendent aussi des différentes régions géographiques étudiées. Enfin, de façon inattendue, de forts flux de gènes entre l’espèce allopolyploïde et les différentes espèces diploïdes proches ont été détectés dans les différentes régions de l’aire de répartition. Ces flux de gènes diploïdes-polyploïdes ont affecté les relations entre les différents génomes dans les différentes régions.

Cette étude illustre comment la trajectoire évolutive d’une espèce polyploïde peut dépendre à la fois de son héritage parental et des spécificités de son histoire post-polyploïdisation, en particulier des flux de gènes avec les espèces diploïdes apparentées.

Pastoris

Fig1 : Capsella bursa-pastoris


FigCapsella 

Fig 2 : Morphologie florale, relations phylogénétiques et aires de répartition des quatre espèces du genre Capsella.

 

 

Reference :

Dmytro Kryvokhyzha, Adriana Salcedo2, Mimmi C. Eriksson, Tianlin Duan, Nilesh Tawari, Jun Chen, Maria Guerrina, Julia M. Kreiner, Tyler V. Kent, Ulf Lagercrantz, John R. Stinchcombe, Sylvain Glémin, Stephen I. Wright, Martin Lascoux. 2019. Parental legacy, demography, and admixture influenced the evolution of the two subgenomes of the tetraploid Capsella bursa-pastoris (Brassicaceae). PLoS Genetics. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007949

 

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Sylvain Glémin (ECOBIO) / @
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