Population sauvage de Takakia sur le plateau tibétain. Crédit : Xuedong Li / Université normale de la capitale Pékin
La mousse rare espèces Takakia a évolué au cours de millions d’années pour prospérer dans des environnements de haute altitude. Un effort de recherche collaboratif dirigé par le professeur Ralf Reski de l’Université de Fribourg et le professeur Yikun He de la Capital Normal University en Chine a récemment découvert exactement comment il a développé la capacité de survivre au gel et aux rayons UV élevés, potentiellement mortels. .
Publié dans la prestigieuse revue Cellule, l’étude décrit les caractéristiques génétiques qui arment la mousse contre les facteurs environnementaux extrêmes. Les chercheurs montrent également à quel point le changement climatique rapide a eu un impact significatif en quelques années seulement sur l’habitat naturel de cette espèce hautement spécialisée.
Le genre Takakia ne comprend que deux espèces. Ensemble, on ne les trouve que sur le plateau tibétain, le « toit du monde », un haut lieu de biodiversité. Là, le professeur Xuedong Li, l’un des deux premiers auteurs de l’étude, a découvert des populations de l’espèce Takakia lépidozioides à plus de quatre mille mètres d’altitude en 2005. Depuis, l’équipe a étudié Takakia en montagne et en laboratoire depuis plus d’une décennie.
Par exemple, l’autre premier auteur de l’étude, le Dr Ruoyang Hu, s’est rendu sur place plus de vingt fois au cours de la période d’étude. « C’est difficile de travailler à cette altitude. Le mal des hautes altitudes est un problème et parfois nos instruments tombent en panne », explique Li. « Pourtant, j’aime travailler dans cet environnement. Là, vous comprenez vraiment à quel point il est important de préserver et de protéger l’environnement », dit Hu.
Vue de la région où les chercheurs ont étudié les populations de mousses. Glacier Gawalong Est sur la gauche. Crédit : Ruoyang Hu / Université Normale de la Capitale de Pékin
Sur le plateau tibétain, Takakia est enseveli sous la neige pendant huit mois par an et exposé à des niveaux élevés de rayonnement UV. Pour y survivre, les êtres vivants ont besoin d’adaptations particulières. Pour Takakiaceux-ci ont évolué au cours des 65 derniers millions d’années : ce n’est que depuis lors que cette région de la Terre a été soulevée par la dérive des continents, rendant l’habitat de la mousse de plus en plus extrême.
« Ces enregistrements des temps géologiques nous aident à retracer l’adaptation progressive à une vie à haute altitude dans le Takakia génome », explique Reski, qui mène des recherches à l’Université de Fribourg et son pôle d’excellence CIBSS. Dans la présente étude, son équipe a étudié quelles voies de signalisation biologiques protègent les cellules de la mousse, entre autres, du gel et des rayons UV mutagènes.
Takakia est la plus ancienne plante terrestre vivante
La mousse, qui ne mesure que quelques millimètres, présente un intérêt particulier pour les chercheurs car son affiliation systématique a longtemps été floue, car elle combine les caractéristiques des algues vertes, des hépatiques et des mousses. «Nous avons désormais pu prouver que Takakia est une mousse qui s’est séparée des autres mousses il y a 390 millions d’années, peu après l’émergence des premières plantes terrestres. Nous avons été surpris de constater que Takakia possède le plus grand nombre connu de gènes à évolution rapide sous sélection positive », dit He.
Le fossile vivant
Une autre surprise était que la forme particulière de Takakia pourrait déjà être trouvé dans des fossiles vieux de 165 millions d’années de Mongolie intérieure. Les fossiles fournissent ainsi aux biologistes une autre référence temporelle précieuse car ils montrent que les changements génétiques affectant la morphologie ont évolué il y a plus de 165 millions d’années dans des conditions environnementales très différentes.
Parmi ces particularités figure un mode de fonctionnement, atypique pour les plantes, de la molécule de signalisation auxine, qui contrôle la croissance et le développement des plantes. « Bien que le Takakia le génome évolue si rapidement que la morphologie n’a pas changé de manière visible depuis plus de 165 millions d’années. Cela fait Takakia un véritable fossile vivant. Ce contraste apparent entre une forme inchangée et un génome en évolution rapide constitue un défi scientifique pour les biologistes évolutionnistes », décrit Reski.
Les processus métaboliques changeants protègent contre les rayons UV
En revanche, selon la présente étude, les traits génétiques qui influencent le traitement des signaux de stress et la régulation de certains processus métaboliques sont plus jeunes et n’ont émergé qu’après le soulèvement du plateau tibétain. Les chercheurs ont pu reconstituer leur émergence progressive au cours des 50 derniers millions d’années et montrer comment ils protègent les cellules de la mousse des influences environnementales nocives.
« Par exemple, Takakia régule son métabolisme pour accumuler des molécules telles que les flavonoïdes et les acides gras insaturés qui protègent contre les rayons UV nocifs et les radicaux libres », explique-t-il. « Nous voyons dans le génome que les molécules de signalisation qui régulent ADN réparation, photosynthèse et les mécanismes contre le stress oxydatif sont soumis à une sélection positive particulièrement forte et ont considérablement changé au cours des derniers millions d’années.
Le changement climatique pourrait mettre un terme à chez Takakia évolution après 390 millions d’années
Alors que Takakia a eu plusieurs millions d’années pour s’adapter à la baisse des températures et à l’augmentation des intensités de rayonnement, son habitat est en train de changer en quelques décennies : depuis le début des mesures en 2010, les chercheurs ont constaté une augmentation moyenne de la température de près d’un demi-degré. Celsius par an là-bas.
Dans le même temps, les glaciers proches des sites d’échantillonnage ont reculé de près de 50 mètres par an. La mousse, hautement spécialisée, supporte moins bien cette augmentation de température que les autres espèces. Takakia les populations sont devenues considérablement plus petites au cours de la période d’étude, tandis que d’autres espèces végétales ont bénéficié du réchauffement. Cette tendance devrait se poursuivre, craignent les chercheurs.
« Notre étude montre à quel point Takakia consiste à retracer l’évolution des plantes terrestres. Le déclin de la population que nous avons constaté est effrayant », dit-il. « Heureusement, savoir que la plante est menacée d’extinction nous donne également une chance de la protéger, par exemple en la cultivant en laboratoire », souligne Hu. « Takakia a vu les dinosaures aller et venir. Il nous a vu venir, nous les humains. Nous pouvons désormais apprendre quelque chose sur la résilience et l’extinction de cette minuscule mousse », conclut Reski.
L’étude a été financée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le Département des sciences et technologies de la région autonome du Tibet, la Nouvelle construction interdisciplinaire de bioinformatique et de statistiques de l’Université normale de la capitale, le Laboratoire clé de Shenzhen sur la diversité des plantes subtropicales du sud, la Fondation allemande pour la recherche DFG ainsi que par l’Institut d’études avancées de Fribourg FRIAS et l’Institut d’études avancées USIAS de l’Université de Strasbourg (METABEVO).
