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Dévoilement des survivants ultimes de la nature : les génomes tardigrades révèlent les secrets de la survie extrême

SciTechDaily

Des recherches récentes sur les tardigrades révèlent une base génétique complexe pour leur extrême résilience, remettant en question les hypothèses antérieures sur leurs adaptations écologiques et pointant vers des événements évolutifs indépendants dans leur capacité d’anhydrobiose.

Les tardigrades pourraient être les ultimes survivants de la nature. Bien que ces animaux minuscules, presque translucides, soient facilement négligés, ils représentent un groupe diversifié qui a colonisé avec succès les environnements d’eau douce, marins et terrestres sur tous les continents, y compris l’Antarctique.

Communément appelées « ours d’eau », ces créatures inhabituelles pourraient figurer parmi les organismes les plus résilients de la planète grâce à leur capacité inégalée à survivre à des conditions extrêmes, avec diverses conditions. espèces être résistant à la sécheresse, aux fortes doses de rayonnement, aux environnements à faible teneur en oxygène et aux températures et pressions élevées et basses.

Bien que de nombreux gènes aient été suggérés pour contribuer à cette extrêmetolérance, une compréhension globale des origines et de l’histoire de ces adaptations uniques reste insaisissable. Dans une nouvelle étude publiée dans Biologie et évolution du génomescientifiques de l’Institut universitaire Keio pour les biosciences avancées, le Université d’Oslo Muséum d’histoire naturelle et le Université de Bristol révèlent un réseau étonnamment complexe de duplications et de pertes de gènes associées à l’extrémotolérance tardigrade, mettant en évidence le paysage génétique complexe qui régit l’écologie tardigrade moderne.

Comprendre les familles de gènes tardigrades

En tant que forme d’extrémotolérance, les tardigrades peuvent survivre à une dessiccation presque complète en entrant dans un état de dormance appelé anhydrobiose (c’est à dire, vie sans eau), ce qui leur permet d’arrêter de manière réversible leur métabolisme. Plusieurs familles de gènes spécifiques au tardigrade ont déjà été associées à l’anhydrobiose.

Trois de ces familles de gènes sont appelées cytosolique, mitochondrial, et sécrétoire unabondant hmanger sprotéines solubles (CAHS, MAHS et SAHS, respectivement) en fonction de l’emplacement cellulaire dans lequel les protéines sont exprimées. Certains tardigrades semblent posséder une voie variante qui implique deux familles de protéines thermosolubles abondantes identifiées pour la première fois chez le tardigrade. Echiniscus testudo et généralement appelé EtAHS alpha et bêta.

Tardigrade et phylogénie

Une photographie du tardigrade Ramazzottius varieornatus, au centre d’une phylogénie de CAHS, la plus grande des six familles de protéines liées à la dessiccation analysées dans cette étude. Crédit : Kazuharu Arakawa, Institut Keio des biosciences avancées

Les tardigrades possèdent également des gènes de résistance au stress que l’on retrouve chez les animaux de manière plus large, comme le gène de recombinaison méiotique 11 (MRE11), qui a été impliqué dans la tolérance à la dessiccation chez d’autres animaux. Malheureusement, depuis l’identification de ces familles de gènes, des informations limitées sont disponibles sur la plupart des lignées de tardigrades, ce qui rend difficile de tirer des conclusions sur leurs origines, leur histoire et leurs implications écologiques.

Enquête sur l’évolution tardigrade

Pour mieux faire la lumière sur l’évolution de l’extrémotolérance tardigrade, les auteurs de la nouvelle étude, James Fleming, Davide Pisani et Kazuharu Arakawa, ont identifié des séquences de ces six familles de gènes dans 13 genres tardigrades, y compris des représentants des deux principales lignées tardigrades, les Eutardigrades et les Hétérotardigrades. Leur analyse a révélé 74 séquences CAHS, 8 MAHS, 29 SAHS, 22 EtAHS alpha, 18 EtAHS bêta et 21 MRE11, leur permettant de construire les premières phylogénies tardigrades pour ces familles de gènes.

Comme la résistance à la dessiccation est probablement apparue comme une adaptation aux environnements terrestres, les auteurs ont supposé qu’ils trouveraient un lien entre les duplications et les pertes de gènes dans ces familles de gènes et les changements d’habitat chez les tardigrades. « Lorsque nous avons commencé les travaux, nous nous attendions à constater que chaque clade serait clairement regroupé autour d’anciennes duplications, avec peu de pertes indépendantes. Cela nous aiderait à les relier facilement à une compréhension des habitats et de l’écologie modernes », explique l’auteur principal de l’étude, James Fleming. « C’est une hypothèse intuitive, poursuit-il, que l’évolution des duplications de ces gènes liés à la dessiccation devrait, en théorie, contenir des vestiges de l’histoire écologique de ces organismes, même si, en réalité, cela s’est avéré trop simpliste. .»

Au lieu de cela, les auteurs ont été surpris par le grand nombre de duplications indépendantes de gènes thermosolubles, qui dressent un tableau beaucoup plus complexe de l’évolution des gènes liés à l’anhydrobiose. Cependant, il n’y avait pas de lien clair entre les espèces fortement anhydrobiotiques et le nombre de gènes liés à l’anhydrobiose qu’une espèce possédait. « Ce que nous avons découvert était bien plus passionnant », explique Fleming, « un réseau complexe de gains et de pertes indépendants qui ne correspondent pas nécessairement aux écologies modernes des espèces terrestres ».

Adaptations indépendantes dans les lignées tardigrades

Malgré l’absence de relation entre les duplications de gènes et l’écologie des tardigrades, l’étude a fourni un aperçu crucial des transitions majeures qui ont conduit à l’acquisition de l’anhydrobiose. Les distributions distinctes des familles de gènes parmi les deux principaux groupes de tardigrades – CAHS, MAHS et SAHS chez les Eutardigrades et EtAHS alpha et bêta chez les hétérotardigrades – suggèrent que deux transitions indépendantes des environnements marins aux environnements limno-terrestres se sont produites au sein des tardigrades, une fois dans l’autre. l’ancêtre Eutardigrade et une fois au sein des Hétérotardigrades.

Cette recherche marque une avancée significative dans notre compréhension de l’évolution de l’anhydrobiose chez les tardigrades. Il fournit également une base pour de futures études sur l’extrémotolérance tardigrade, qui nécessiteront le développement continu de ressources génomiques provenant de lignées tardigrades plus diverses.

« Malheureusement, nous n’avons aucun représentant de plusieurs familles importantes, comme les Isohypsibiidae, ce qui limite la fermeté avec laquelle nous pouvons maintenir nos conclusions », note Fleming. « Avec davantage d’échantillons de tardigrades d’eau douce et marine, nous serons mieux en mesure d’apprécier les adaptations des membres terrestres du groupe. » Malheureusement, certains tardigrades peuvent être particulièrement insaisissables, ce qui constitue un obstacle majeur à de telles études. Par exemple, Tanarctus bubulubus, l’un des tardigrades préférés de Fleming, est trop petit pour être vu à l’œil nu et ne se trouve que dans les sédiments de l’Atlantique Nord, à des profondeurs d’environ 150 m. « J’espère que », dit Fleming, « les initiatives de séquençage à grande échelle menées dans le cadre du Earth Biogenome Project combleront progressivement ce fossé dans notre compréhension, et c’est un effort que je suis ravi de voir se poursuivre. »

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