De nouvelles recherches révèlent qu'une anomalie génétique longtemps négligée chez les oiseaux a considérablement modifié notre compréhension de leur lignée évolutive, démontrant que l'arbre généalogique aviaire est plus complexe qu'on ne le pensait auparavant, avec des implications pour l'analyse évolutive d'autres organismes.
Un énorme météore a sonné le glas de la plupart des dinosaures il y a 65 millions d’années. Mais pas tout. À la suite de l’extinction, les oiseaux – techniquement les dinosaures eux-mêmes – ont prospéré.
Les scientifiques ont passé des siècles à essayer d'organiser et de trier quelque 10 000 espèces d'oiseaux dans un arbre généalogique clair pour comprendre comment les derniers dinosaures survivants ont rempli le ciel. Bon marché ADN le séquençage aurait dû rendre cela simple, comme c’est le cas pour d’innombrables autres espèces.
Mais les oiseaux étaient prêts à nous tromper.
Dans deux nouveaux documents de recherche publiés aujourd'hui, 1er avril, les scientifiques révèlent qu'un autre événement survenu il y a 65 millions d'années les a induits en erreur sur la véritable histoire familiale des oiseaux. Ils ont découvert qu’une section d’un chromosome était figée dans le temps pendant des millions d’années et refusait de se mélanger à l’ADN voisin comme elle aurait dû le faire.
Cette section, représentant seulement 2 % du génome des oiseaux, a convaincu les scientifiques que la plupart des oiseaux pouvaient être regroupés en deux catégories principales, les flamants roses et les tourterelles étant leurs cousins évolutifs. L'arbre généalogique le plus précis, qui explique la section trompeuse du génome, identifie quatre groupes principaux et identifie les flamants roses et les tourterelles comme étant plus éloignés.
Un grand flamant rose à Majorque, en Espagne. La découverte d'un mystère génétique a révélé que les flamants roses et les tourterelles sont plus éloignés qu'on ne le pensait auparavant. Crédit : Daniel J. Field
Percée dans la recherche sur l’évolution des oiseaux
« Mon laboratoire s'attaque à ce problème de l'évolution des oiseaux depuis plus longtemps que je ne voudrais l'imaginer », a déclaré Edward Braun, Ph.D., auteur principal de l'article publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences et professeur de biologie à Université de Floride. « Nous ne savions pas qu’une grande partie du génome se comporterait de manière inhabituelle. Nous sommes en quelque sorte tombés dessus.
Braun a supervisé une équipe internationale de collaborateurs dirigée par Siavash Mirarab, professeur de génie informatique à l'Université de Californie à San Diego, pour publier leurs preuves selon lesquelles ce morceau d'ADN collant brouille la véritable histoire de l'évolution des oiseaux. Mirarab et Braun ont également contribué à un article complémentaire publié dans Nature qui décrit l'arbre généalogique des oiseaux mis à jour, dirigé par Josefin Stiller de l'Université de Copenhague.
Les deux articles font partie du projet de génomique aviaire B10K dirigé par Guojie Zhang de l'Université du Zhejiang, Erich Jarvis de l'Université Rockefeller et Tom Gilbert de l'Université de Copenhague.
Deux arbres généalogiques d’oiseaux mutuellement exclusifs. L’arbre généalogique du haut regroupe les flamants roses et les colombes, respectivement en bleu et sarcelle, étroitement ensemble, contrairement à l’arbre généalogique du bas. L’arbre généalogique supérieur a été construit autour de distorsions du génome des oiseaux qui remontent à l’extinction des dinosaures. L’arbre généalogique du bas est probablement plus précis, après avoir pris en compte ces anomalies génomiques. Crédit : Edward Braun
Anomalies génétiques et perspectives évolutives
Il y a dix ans, Braun et ses collaborateurs ont reconstitué un arbre généalogique des Néoaves, un groupe qui comprend la grande majorité des espèces d'oiseaux. S'appuyant sur les génomes de 48 espèces, ils divisent les Néoaves en deux grandes catégories : les colombes et les flamants roses dans un groupe, tous les autres dans l'autre. En répétant une analyse similaire cette année sur 363 espèces, un arbre généalogique différent a émergé, séparant les tourterelles et les flamants roses en deux groupes distincts.
Avec deux arbres généalogiques mutuellement exclusifs en main, les scientifiques sont partis à la recherche d’explications qui pourraient leur dire quel arbre était le bon.
« Lorsque nous avons examiné les gènes individuels et l'arbre qu'ils soutenaient, il est apparu tout d'un coup que tous les gènes qui soutenaient l'arbre le plus âgé étaient tous regroupés au même endroit. C'est ce qui a déclenché tout cela », a déclaré Braun.
En enquêtant sur cet endroit, l'équipe de Braun a remarqué qu'il n'était pas aussi mélangé qu'il aurait dû l'être au cours de millions d'années de reproduction sexuée. Comme les humains, les oiseaux combinent les gènes d’un père et d’une mère dans la génération suivante. Mais les oiseaux et les humains mélangent d’abord les gènes hérités de leurs parents lors de la création du sperme et des ovules. Ce processus est appelé recombinaison et il maximise la diversité génétique d'une espèce en garantissant qu'il n'y a pas deux frères et sœurs identiques.
Une colombe aux fruits wompoo dans le Queensland, en Australie. La découverte d'un mystère génétique a révélé que les flamants roses et les tourterelles sont plus éloignés qu'on ne le pensait auparavant. Crédit : Daniel J. Field
L'équipe de Braun a trouvé des preuves qu'une section du chromosome d'un oiseau avait supprimé ce processus de recombinaison pendant quelques millions d'années, à peu près au moment où les dinosaures ont disparu. Il n’est pas clair si l’événement d’extinction et les anomalies génomiques sont liées.
Le résultat était que les flamants roses et les colombes se ressemblaient dans ce morceau d’ADN congelé. Mais en prenant en compte l’ensemble du génome, il est devenu clair que les deux groupes sont plus éloignés.
« Ce qui est surprenant, c'est que cette période de recombinaison supprimée puisse induire l'analyse en erreur », a déclaré Braun. « Et parce que cela pouvait induire l’analyse en erreur, il était en fait détectable plus de 60 millions d’années dans le futur. C'est ce qui est cool.
Un tel mystère pourrait également se cacher dans le génome d’autres organismes.
« Nous avons découvert cette région trompeuse chez les oiseaux parce que nous avons consacré beaucoup d'énergie au séquençage du génome des oiseaux », a déclaré Braun. « Je pense qu'il existe des cas comme celui-ci pour d'autres espèces qui ne sont tout simplement pas connues pour le moment. »
Ce travail a été soutenu en partie par la National Science Foundation.
