Les mites pourraient utiliser le gène disco pour réguler les cycles jour/nuit

Comment une espèce devient-elle deux ? Si vous êtes biologiste, c’est une question difficile à répondre. Le consensus est que, dans la plupart des cas, le processus de spéciation se produit lorsque des individus d’une même population deviennent géographiquement isolés. S’ils restent séparés suffisamment longtemps, ils perdent la capacité de se croiser.

Une nouvelle étude publié dans le journal Actes de la Royal Society B : Sciences biologiques montre ce qui se passe lorsqu’une forme moins courante de spéciation se produit. Plutôt que d’être séparés par une barrière physique, comme une chaîne de montagnes ou un océan, les membres d’une espèce peuvent se retrouver séparés au fil du temps.

Les chercheurs se sont concentrés sur deux espèces de papillons de nuit étroitement apparentées dont les aires de répartition se chevauchent dans le sud-est des États-Unis.

« Ces deux espèces sont très similaires », a déclaré l’auteur principal Yash Sondhi, qui a mené les recherches pour l’étude alors qu’il travaillait à la Florida International University, puis au Florida Museum of Natural History. « Elles se sont différenciées selon un axe, celui du vol. »

Les papillons roses de l’érable, du genre Dryocampa, ressemblent à ce que l’on obtiendrait si Roald Dahl peignait un rêve fiévreux. Ils portent une épaisse crinière de lion au-dessus de leur tête et de leur abdomen, et leurs écailles vibrantes sont de la couleur de la tire à la fraise et à la banane. Les papillons roses mâles et femelles volent exclusivement la nuit.

Les papillons à rayures roses du genre Anisota sont moins voyants, avec des nuances subtiles d’ocre, d’ombre et de marne. Alors que les femelles de cette espèce sont actives au crépuscule et en début de soirée, les mâles préfèrent voler pendant la journée.

Sondhi savait, grâce à des recherches antérieures, que ces deux groupes, Dryocampa et Anisota, provenaient d’une seule espèce il y a environ 3,8 millions d’années, ce qui est relativement récent sur les échelles de temps de l’évolution. Il existe une poignée d’espèces dans le genre Anisota, qui sont toutes actives pendant la journée. Les papillons nocturnes de l’érable rose sont la seule espèce du genre Dryocampa.

Sondhi est spécialisé dans la biologie de la vision des insectes et a vu dans la paire de papillons de nuit l’occasion idéale d’explorer comment la vision évolue lorsqu’une espèce change son modèle d’activité.

Mais les choses ne se sont pas déroulées comme prévu.

« J’ai cherché des différences dans la vision des couleurs. Au lieu de cela, nous avons trouvé des différences dans leurs gènes d’horloge, ce qui, avec le recul, est logique », a déclaré Sondhi.

Les gènes de l’horloge contrôlent le rythme circadien des plantes et des animaux. Le flux et le reflux des protéines qu’ils créent font que les cellules deviennent actives ou dormantes sur une période d’environ 24 heures. Ils affectent tout, du métabolisme et de la croissance cellulaire à la pression artérielle et à la température corporelle.

Pour tout organisme qui inverse son modèle d’activité, il est pratiquement certain que les gènes de l’horloge sont impliqués. « C’est un système qui a été conservé chez tout le monde, des mouches à fruits aux mammifères et aux plantes. Ils ont tous un certain type de mécanisme de chronométrage », a-t-il déclaré.

Sondhi a comparé les transcriptomes des deux papillons. Contrairement aux génomes, qui contiennent l’intégralité de l’ADN d’un organisme, les transcriptomes ne contiennent que le sous-ensemble du matériel génétique utilisé activement pour fabriquer des protéines. Ils sont donc utiles pour explorer les différences de niveaux de protéines tout au long de la journée.

Comme prévu, Sondhi a découvert un certain nombre de gènes exprimés en quantités différentes chez les deux espèces de papillons. Les papillons nocturnes de l’érable rose ont investi plus d’énergie dans leur odorat, tandis que le papillon diurne du chêne a produit plus de gènes associés à la vision.

Il n’y a cependant aucune différence dans les gènes qui confèrent la capacité de voir les couleurs. Cela ne signifie pas nécessairement que leur vision des couleurs est identique, mais si des différences existent, elles se situent probablement au niveau de la syntonisation et de la sensibilité et non dans la structure des gènes eux-mêmes.

Un autre gène est ressorti du lot. Le gène Disconnected, ou disco, s’exprimait à différents niveaux pendant la journée et la nuit chez les deux espèces. Chez les mouches à fruits, le gène disco est connu pour influencer indirectement les rythmes circadiens par la production de neurones qui transmettent les enzymes de l’horloge du cerveau au corps.

Le gène disco que Sondhi a découvert dans ses échantillons de papillons était deux fois plus gros que celui de son homologue de la mouche à fruits et il possédait des doigts de zinc supplémentaires, c’est-à-dire des parties actives d’un gène qui interagit directement avec l’ADN, l’ARN et les protéines. Il semble probable que des changements dans le gène disco soient au moins partiellement responsables du passage au vol nocturne chez les papillons de l’érable à sucre.

En comparant le gène disco des papillons de l’érable à sucre avec celui des chenilles du chêne, il a découvert 23 mutations qui les rendaient distincts les uns des autres. Les mutations étaient également situées dans des parties actives du gène, ce qui signifie qu’elles contribuent probablement aux différences physiques observables entre les papillons. Sondhi étudiait l’évolution en action.

« Si cela est confirmé fonctionnellement, ce sera un exemple vraiment concret du mécanisme derrière la façon dont ils se sont spéciés au niveau moléculaire, ce qui est rare à trouver », a-t-il déclaré.

Cette étude constitue également une avancée importante pour une meilleure compréhension des différentes façons dont la vie se maintient et se propage. Lorsque la génétique est devenue un domaine d’étude pour la première fois, les chercheurs ont concentré la plupart de leurs efforts sur quelques espèces représentatives, telles que les mouches à fruits ou les souris de laboratoire. Cette démarche a été effectuée principalement par souci d’efficacité, mais elle limite nos connaissances sur les grands modèles biologiques. Tout comme un humain n’est pas une souris de laboratoire, un papillon de nuit n’est pas une mouche à fruits.

« Alors que les espèces continuent de décliner en raison du changement climatique et d’autres changements anthropiques, nous devrons modifier génétiquement un plus grand nombre d’espèces restantes pour leur permettre de tolérer la sécheresse, par exemple, ou d’être actives dans des régimes de pollution lumineuse. Pour y parvenir de manière cohérente, il est essentiel de disposer d’un plus large bassin de gènes caractérisés fonctionnellement dans tous les organismes. Nous ne pouvons pas simplement utiliser la drosophile », a déclaré Sondhi.