Dans une découverte qui défie plus d’un siècle de sagesse conventionnelle évolutive, il a été démontré que les coraux transmettent des mutations somatiques – des modifications de la séquence d’ADN qui se produisent dans les cellules non reproductrices – à leur progéniture. La découverte, par une équipe internationale de scientifiques dirigée par des biologistes de Penn State, démontre une nouvelle voie potentielle pour la génération de diversité génétique, qui est la matière première de l’adaptation évolutive, et pourrait être vitale pour permettre aux coraux en voie de disparition de s’adapter à l’évolution rapide de l’environnement. les conditions.
« Pour qu’un trait, tel que le taux de croissance, évolue, la base génétique de ce trait doit être transmise de génération en génération », a déclaré Iliana Baums, professeur de biologie à Penn State et chef de l’équipe de recherche.
« Pour la plupart des animaux, une nouvelle mutation génétique ne peut contribuer au changement évolutif que si elle se produit dans une lignée germinale ou une cellule reproductrice, par exemple dans un ovule ou un spermatozoïde. Les mutations qui se produisent dans le reste du corps, dans les cellules somatiques, ont été On pense qu’ils ne sont pas pertinents sur le plan de l’évolution parce qu’ils ne sont pas transmis à la progéniture. Cependant, les coraux semblent avoir un moyen de contourner cette barrière qui semble leur permettre de briser cette règle évolutive.
Depuis l’époque de Darwin, notre compréhension de l’évolution est devenue de plus en plus détaillée. Nous savons maintenant que les traits d’un organisme sont fortement déterminés par la séquence de son ADN. Les individus d’une population varient dans leur séquence d’ADN, et cette variation génétique peut entraîner la variation de traits, tels que la taille corporelle, qui pourraient donner à un individu un avantage reproductif.
Il est rare qu’une nouvelle mutation génétique se produise qui donne à un individu un tel avantage reproductif et l’évolution ne peut aller plus loin que si – et c’est la clé – l’individu peut transmettre le changement à sa progéniture.
« Chez la plupart des animaux, les cellules reproductrices sont séparées des cellules du corps au début du développement », a déclaré Kate Vasquez Kuntz, étudiante diplômée à Penn State et co-auteure principale de l’étude.
« Ainsi, seules les mutations génétiques qui se produisent dans les cellules reproductrices ont le potentiel de contribuer à l’évolution de l’espèce. Ce lent processus d’attente de mutations rares dans un ensemble particulier de cellules peut être particulièrement problématique compte tenu de la nature rapide du changement climatique. Cependant , pour certains organismes, comme les coraux, la ségrégation des cellules reproductrices de toutes les autres cellules peut se produire plus tard dans le développement ou peut ne jamais se produire du tout, permettant aux mutations génétiques de se déplacer du corps d’un parent à sa progéniture.Cela augmenterait la variation génétique et potentiellement même servir de système de « pré-criblage » pour les mutations avantageuses. »
Les coraux peuvent se reproduire à la fois de manière asexuée (par bourgeonnement et fragmentation des colonies) et sexuellement, en produisant des ovules et des spermatozoïdes. Pour les coraux Elkhorn étudiés ici, qui diffusent leurs ovules et leurs spermatozoïdes dans l’eau lors d’événements de frai, les œufs d’une colonie de corail sont généralement fécondés par le sperme d’une colonie voisine.
Cependant, l’équipe de recherche a découvert que certains œufs de corail Elkhorn se sont développés en une progéniture viable sans qu’un second corail soit impliqué, une sorte de reproduction sexuée monoparentale.
« Cette reproduction monoparentale nous a permis de rechercher plus facilement des mutations somatiques potentielles du corail parent et de les suivre dans la progéniture en simplifiant le nombre total de possibilités génétiques qui pourraient se produire dans la progéniture », a déclaré Sheila Kitchen, co-auteur principal. de l’étude, chercheur postdoctoral à Penn State et co-auteur principal de l’étude au California Institute of Technology.
L’équipe de recherche a génotypé des échantillons – à l’aide d’un outil moléculaire à haute résolution appelé microréseau pour étudier les différences d’ADN entre les échantillons – de dix endroits différents sur une grande colonie de corail Elkhorn qui avait produit une progéniture monoparentale, et des échantillons de cinq colonies voisines à près de 20 000 localisations génétiques.
Les résultats ont montré que les six colonies de corail distinctes appartenaient au même génotype de corail d’origine (connu sous le nom de « genet »), ce qui signifie essentiellement qu’il s’agissait de clones dérivés d’une seule colonie d’origine par reproduction asexuée et fragmentation de la colonie. Ainsi, toute variation génétique trouvée dans ces coraux aurait été le résultat d’une mutation somatique. L’équipe a trouvé un total de 268 mutations somatiques dans les échantillons, chaque échantillon de corail abritant entre 2 et 149 mutations somatiques.
L’équipe a ensuite examiné la progéniture monoparentale de la colonie de corail mère Elkhorn et a découvert que 50% des mutations somatiques avaient été héritées. Le mécanisme exact de la façon dont les mutations somatiques pénètrent dans les cellules germinales des coraux est encore inconnu, mais les chercheurs soupçonnent que la ségrégation entre les cellules corporelles et germinales dans les coraux peut être incomplète et que certaines cellules du corps peuvent conserver la capacité de former des cellules germinales. , permettant aux mutations somatiques de se frayer un chemin dans la progéniture. Ils ont également trouvé des preuves de l’hérédité de mutations somatiques chez certains descendants de l’accouplement de deux parents coralliens distincts, mais auront besoin d’études supplémentaires pour le confirmer.
« Parce que les coraux se développent comme des colonies de polypes génétiquement identiques, les mutations somatiques qui surviennent dans un polype corallien peuvent être exposées à l’environnement et examinées pour leur utilité sans nécessairement affecter l’ensemble de la colonie », a déclaré Baums.
« Par conséquent, les cellules présentant des mutations potentiellement nocives peuvent mourir et les cellules présentant des mutations potentiellement avantageuses pourraient prospérer et se propager à mesure que la colonie corallienne continue de croître. Si ces mutations peuvent ensuite être transmises à la progéniture – comme nous l’avons maintenant démontré – cela signifie que les coraux disposent d’un outil supplémentaire susceptible d’accélérer leur adaptation au changement climatique. »
Un article décrivant la recherche paraît dans la revue Avancées scientifiques.
Iliana Baums et al, Hérédité des mutations somatiques par la progéniture animale, Avancées scientifiques (2022). science.org/doi/10.1126/sciadv.abn0707