En étudiant deux phylums de vers très divergents qui contiennent de nombreux parasites qui causent des maladies humaines et du bétail, le groupe de recherche de Qi Zhou de l’Université de Vienne et de l’Université du Zhejiang, met en lumière l’évolution de la reproduction sexuée et de la grande diversité subséquente des chromosomes sexuels.
Les animaux ou les plantes aux sexes séparés sont répandus dans la nature et résultent de transitions indépendantes de leur ancêtre hermaphrodite. Le mécanisme réel impliqué dans les transitions entre les modes de reproduction asexué et sexué, en d’autres termes, comment le sexe est-il né, reste une question importante et sans réponse. En excluant les insectes, environ un tiers des espèces animales, telles que les vers de terre, les escargots et certains téléostéens, sont hermaphrodites. Une comparaison avec leurs parents, qui ont développé des sexes séparés, pourrait révéler comment ce trait particulier est né et a évolué chez les animaux.
Un nouveau papier dans Communication Naturepublié par Qi Zhou du Département de neurosciences et de biologie du développement de l’Université de Vienne et de l’Université du Zhejiang en Chine, fournit des indices sur l’origine des sexes séparés et caractérise l’évolution des chromosomes sexuels dans les vers plats ou les vers ronds.
Deux phylums de vers donnent des indices sur la façon dont les chromosomes sexuels auraient pu évoluer
Bien que les deux embranchements soient appelés « vers », d’un point de vue évolutif, ils sont très divergents l’un de l’autre. Une caractéristique commune aux deux phylums est que de nombreux représentants, tels que le ténia et les schistosomes (communément appelés douves du sang), sont des parasites pour l’homme ou le bétail et peuvent provoquer des symptômes et des complications graves. L’identification et les études de leurs gènes liés au sexe peuvent fournir la base d’une perturbation de leur cycle de reproduction à l’avenir pour un contrôle efficace des parasites.
Le groupe de recherche a collecté des données déjà publiées sur le génome et le transcriptome de 41 espèces de nématodes et de 13 espèces de vers plats, ces dernières comprenant principalement des espèces hermaphrodites à l’exception des schistosomes (douves sanguines). Parmi ceux-ci, ils ont identifié la composition des chromosomes sexuels de 17 espèces de nématodes en termes d' »éléments Nigon ». Ce sont des unités chromosomiques ancestrales communes à tous les nématodes, et nommées d’après le biologiste des nématodes Victor Nigon (en parallèle des « éléments Muller » de la mouche des fruits, une autre espèce modèle génétique). Avec cette comparaison, les auteurs ont montré que la grande diversité des chromosomes sexuels des nématodes est le résultat de différentes combinaisons d’éléments de Nigon. Par addition récurrente de différents éléments Nigon – qui étaient auparavant des chromosomes non sexuels – sur les chromosomes sexuels ancestraux, différentes espèces de nématodes ont étendu leurs régions liées au sexe, ce qui a ensuite supprimé la recombinaison au cours de l’évolution.
Douves sanguines – de l’hermaphrodite aux sexes séparés
Une autre découverte importante provient de la comparaison des douves sanguines se reproduisant sexuellement avec des espèces hermaphrodites apparentées. La transition vers l’état de sexes séparés chez le parasite s’est produite relativement récemment, il y a environ 70 millions d’années. Les auteurs ont montré qu’au cours de cette transition, les gènes gonadiques des schistosomes devenaient moins « féminisés ». En d’autres termes, ils ont globalement montré un niveau d’expression ovarienne inférieur à celui de leurs homologues des espèces apparentées hermaphrodites. Ils ont également identifié un gène candidat, mag-1, dont la perturbation dans les schistosomes provoque une hypertrophie des testicules. Des mutations dans ce gène pourraient avoir joué un rôle critique dans la transition vers les sexes séparés des schistosomes.
Yifeng Wang et al, Évolution des systèmes sexuels, des chromosomes sexuels et de la transcription des gènes liés au sexe chez les vers plats et les vers ronds, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-30578-z