Des recherches récentes sur les phasmes démontrent que les gènes liés aux traits perdus peuvent être préservés au cours des échelles de temps évolutives en raison de leurs multiples rôles dans les processus biologiques, permettant ainsi la réémergence potentielle de ces traits. Cette étude met en lumière la génétique complexe de la préservation et de la réémergence des traits, soulignant des implications plus larges pour la biologie évolutive.
Des recherches récentes montrent que les gènes liés aux traits perdus chez les phasmes peuvent être préservés, permettant leur réémergence potentielle au fil du temps évolutif.
Les traits peuvent disparaître au cours de l’évolution s’ils deviennent inutiles ou trop gourmands en ressources pour être maintenus. On pense généralement que les gènes associés à ces traits se détérioreront également avec le temps, empêchant potentiellement leur réapparition. Cependant, il existe de nombreux exemples dans la nature de traits autrefois perdus réapparaissant dans les lignées descendantes.
Selon Giobbe Forni, chercheur à l'Université de Bologne, « Cartographier la présence et l'absence de traits sur un espèces L'arbre suggère que certains traits pourraient avoir été perdus dans les lignées menant aux espèces existantes, puis réintégrés. Les ailes des phasmes sont considérées comme l’un des exemples les plus emblématiques de ce processus évolutif.
Cela suggère que les gènes associés à ces traits pourraient être conservés, peut-être pendant des millions d’années. Cependant, les recherches sur les bases moléculaires de cette réémergence ont été limitées, ce qui signifie que les mécanismes responsables de la préservation de ces gènes restent jusqu'à présent largement spéculatifs.
Nouvelles perspectives issues des études génétiques
Dans une nouvelle étude publiée dans Biologie et évolution du génome, Forni et ses collègues ont mis en lumière un autre trait complexe qui a été perdu chez certains phasmes : la production de mâles. La perte de la capacité de produire des mâles entraîne des populations composées uniquement de femelles, qui se reproduisent par parthénogenèse, une forme de reproduction asexuée. L’étude révèle que les gènes hautement connectés dans les réseaux de régulation et impliqués dans de multiples processus biologiques peuvent être conservés longtemps après la perte d’un trait, offrant ainsi une voie potentielle à la réémergence d’un trait sur de longues échelles de temps évolutives.
Un punaise de bâton.
Dans la nouvelle étude, Forni et ses co-auteurs Barbara Mantovani, Alexander S. Mikheyev et Andrea Luchetti ont effectué une analyse comparative de trois espèces de phasmes du genre Bacille. Alors que Bacillus grandii marettimi les populations sont composées de mâles et de femelles qui se reproduisent sexuellement, Bacillus atticus les populations ont perdu la capacité de produire des mâles, ne comprenant que des femelles qui se reproduisent par parthénogenèse. Une troisième espèce, Bacille rouge, comprend à la fois les populations sexuées et les populations parthénogénétiques qui ont perdu la capacité de produire des mâles. En étudiant le sort des gènes impliqués dans la reproduction mâle chez ces trois espèces, les auteurs ont cherché à étudier dans quelle mesure les gènes sont préservés après la perte de caractères et les mécanismes potentiels à l’origine de cette préservation.
Des découvertes surprenantes sur la préservation des gènes
Les chercheurs ont d’abord identifié des réseaux de gènes dont l’expression était corrélée à la reproduction mâle ou femelle chez l’espèce sexuée. B. marettimi puis évalué les mêmes gènes dans B. atticus et B.rossius. Étonnamment, les gènes liés aux mâles ne présentaient aucun signe de sélection affaiblie ou d'évolution accélérée par rapport aux gènes liés aux femelles dans les espèces parthénogénétiques. De plus, les modèles d'expression génique liés aux mâles ont été partiellement préservés chez les deux espèces parthénogénétiques.
En approfondissant, les chercheurs ont découvert que les gènes des réseaux liés aux femmes étaient principalement exprimés dans les tissus reproducteurs féminins, tandis que ceux des réseaux liés aux hommes étaient exprimés dans les tissus reproducteurs masculins. et tissus reproducteurs féminins, y compris les femelles sexuées et parthénogénétiques. Cela suggère que les gènes liés aux hommes peuvent également jouer un rôle dans la reproduction féminine. L'implication d'un gène dans de multiples processus biologiques est connue sous le nom de pléiotropie, et ce phénomène peut expliquer la préservation de gènes liés aux mâles chez ces phasmes parthénogénétiques, comme supposé précédemment.
Photographie d'un phasme. Crédit : Filippo Castellucci
De plus, les auteurs ont découvert que les gènes hautement connectés à de nombreux autres gènes du réseau étaient plus susceptibles d'être exprimés dans les tissus reproducteurs des parthénogènes, ce qui suggère que la connectivité du réseau d'un gène peut également influencer sa préservation après la perte d'un trait. Pris ensemble, ces résultats indiquent « que le plan moléculaire du processus de reproduction mâle autrefois perdu peut persister en raison d’effets pléiotropes sur d’autres traits », explique Forni. « Différents gènes peuvent entreprendre différentes trajectoires de préservation et de dégradation en fonction du niveau de pléiotropie au sein du réseau de régulation génétique. »
Cette étude met non seulement en lumière la persistance de l'architecture génétique après la perte de traits, mais offre également un aperçu potentiel de l'émergence de mâles rares et du sexe cryptique (c'est-à-dire la génération épisodique de mâles et la reproduction sexuée), qui ont été observés dans un nombre croissant de lignées qui on pensait qu'ils avaient perdu depuis longtemps la capacité de produire des mâles. Cela ouvre de nouvelles voies potentielles de recherche, avec des implications qui pourraient aller bien au-delà des phasmes.
« Il reste fondamental d’examiner à plus grande échelle l’ampleur de la préservation génétique après la perte d’un trait. Bien que le Bacille Le complexe d’espèces offre un cadre intéressant pour aborder ces questions, il serait utile d’analyser un complexe d’espèces plus vaste où de multiples transitions entre stratégies de reproduction se sont produites », note Forni. « S’il est souvent nécessaire de s’appuyer sur des espèces modèles pour découvrir et décortiquer les processus biologiques, il est encore plus important de tester nos hypothèses dans un contexte plus large. Cela ne sera possible que si nous consacrons davantage d’efforts à l’observation et à l’analyse de l’incroyable diversité des organismes et de leurs adaptations complexes.
