Les actions humaines modifient l’environnement à un rythme sans précédent. Les populations végétales et animales doivent essayer de suivre ces changements accélérés par l’homme, souvent en essayant de faire évoluer rapidement la tolérance aux conditions changeantes.
Les chercheurs de l’université d’Oklahoma Lawrence Weider, professeur de biologie, et Matthew Wersebe, doctorant en biologie, ont démontré une évolution rapide en action en séquençant les génomes d’une population de Daphnia pulicaria, un crustacé aquatique, d’un lac pollué.
La recherche, qui a été menée dans le cadre de la thèse de doctorat de Wersebe, a récemment été publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences. Wersebe et Weider ont fait revivre des œufs de daphnies vieux de plusieurs décennies à partir de sédiments lacustres, une méthode connue sous le nom d’écologie de la résurrection, qui a été affinée dans le laboratoire de Weider au cours des dernières décennies. Ils ont ensuite séquencé les génomes entiers de 54 individus différents de Daphnia à différents moments, leur permettant d’étudier la génétique et l’évolution de la population.
Les daphnies ont été collectées à Tanners Lake, situé à Oakdale, Minnesota. Le lac Tanners a subi une pollution saline importante, résultant de l’utilisation généralisée de sels de déglaçage des routes dans son bassin versant.
Les daphnies, également connues sous le nom de puces d’eau, jouent un rôle essentiel dans la surveillance de l’environnement. Par exemple, ils ont servi d’organismes de test importants dans les laboratoires du monde entier pendant plus d’un siècle en raison de leur sensibilité à de nombreux facteurs de stress environnementaux tels que les produits chimiques. Dans la nature, la daphnie agit comme une espèce clé dans les réseaux trophiques d’eau douce à l’échelle mondiale, où elle se nourrit d’algues pour aider à garder l’eau du lac et du réservoir propre et servir de produit alimentaire pour les espèces de poissons d’importance récréative et commerciale.
Les résultats de Wersebe et Weider indiquent qu’une adaptation rapide à la pollution par le sel peut permettre au lac Daphnia de persister face à la salinisation anthropique, en maintenant les réseaux trophiques et les services écosystémiques que Daphnia soutient. Cependant, la capacité de ces populations à s’adapter dépendra de la vitesse à laquelle ces changements se produisent et de la constitution génétique sous-jacente des populations touchées.
Au cours des dernières années, de nombreux chercheurs ont publié des résultats définissant l’étendue et l’ampleur de la salinisation des lacs et des recherches récentes ont mis en évidence les impacts écologiques. Cependant, à ce jour, les implications évolutives ne sont pas bien connues. Grâce à leur étude, Wersebe et Weider ont signalé des signatures de sélection naturelle dans tout le génome à proximité de gènes liés à l’osmorégulation et à la régulation des ions, processus clés pour faire face à une teneur élevée en sel. La caractérisation des clones pour la tolérance à la salinité a révélé des preuves que des changements génétiques peuvent sous-tendre une évolution rapide.
« Un travail comme celui-ci est la première étape de la conception d’études futures intégrant les avancées technologiques récentes, telles que l’édition de gènes CRISPR, permettant la création de cartes complètes du génotype au phénotype et prédisant le rôle que joue la variation génétique dans la création de diverses formes et fonctions », dit Wersebe. « En fait, nous avons trouvé un gène prometteur qui ne semble pas fonctionner correctement chez les Daphnies plus anciennes, mais une copie fonctionnelle du gène augmente en fréquence – une véritable évolution en action. »
Les recherches futures utilisant ces technologies avancées pour couper et coller le gène non fonctionnel dans Daphnia seraient un moyen de mieux sonder les effets que les mutations ont sur des traits phénotypiques complexes comme la tolérance à la salinité.
Plus d’information:
Matthew J. Wersebe et al, la génomique de la résurrection fournit des preuves moléculaires et phénotypiques d’une adaptation rapide à la salinisation chez une espèce aquatique clé de voûte, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2217276120