Une étude de la relation entre le taux de croissance des arbres tropicaux et la fréquence des mutations génétiques qu’ils accumulent suggère que les arbres plus âgés à longue durée de vie jouent un rôle plus important dans la génération et le maintien de la diversité génétique que les arbres à courte durée de vie.
L’étude, publiée aujourd’hui sous la forme d’une prépublication révisée dans eViefournit ce que les éditeurs décrivent comme une preuve convaincante que les espèces d’arbres acquièrent des mutations à un rythme annuel similaire, indépendamment de la division cellulaire et quel que soit leur taux de croissance.
Les résultats peuvent être utilisés pour éclairer les stratégies de conservation des écosystèmes, en particulier dans les forêts tropicales d’Asie du Sud-Est, qui sont menacées par le changement climatique et la déforestation.
« La biodiversité résulte en fin de compte de mutations qui fournissent une variation génétique permettant aux organismes de s’adapter à leur environnement », explique le co-auteur principal Akiko Satake, professeur au Département de biologie de la Faculté des sciences de l’Université de Kyushu, au Japon. « Cependant, comment et quand ces mutations se produisent dans les environnements naturels sont mal compris. »
Les mutations somatiques sont des changements spontanés dans l’ADN d’un organisme qui se produisent au cours de sa durée de vie. Ils peuvent survenir en raison de facteurs externes tels que le rayonnement ultraviolet ou de facteurs internes tels que des erreurs de réplication de l’ADN. On ne sait pas lequel de ces facteurs provoque des mutations plus fréquemment, en particulier dans les écosystèmes tropicaux et les arbres, qui ne sont pas aussi bien caractérisés que leurs homologues plus tempérés.
Pour mieux comprendre cela, Satake et ses collègues ont examiné les taux et les modèles de mutations somatiques chez deux espèces d’arbres tropicaux originaires du centre de Bornéo, en Indonésie : le Shorea laevis (S. laevis) à croissance lente et le S. leprosula à croissance rapide. L’espèce S. leprosula pousse plus de trois fois plus vite que S. laevis.
La comparaison des mutations somatiques des deux espèces d’arbres a permis à l’équipe de mieux comprendre l’impact du taux de croissance sur l’accumulation de ces mutations, et son rôle potentiel dans l’évolution et la diversité des espèces.
Ils ont collecté sept échantillons d’ADN des feuilles au plus haut niveau des branches des arbres, ainsi que des échantillons du tronc de chaque arbre, totalisant 32 échantillons. La longueur et le diamètre des arbres à hauteur de poitrine ont été utilisés pour déterminer l’âge moyen de chaque espèce dans la zone d’échantillonnage. Les arbres S. laevis avaient en moyenne 256 ans, tandis que les arbres S. leprosula avaient en moyenne 66 ans.
Pour identifier les mutations présentes, l’équipe a construit un ensemble de données génétiques de référence pour chaque espèce d’arbre, en utilisant l’ADN prélevé sur les feuilles. La séquence du génome a été déterminée à l’aide d’une technique appelée PacBio RS II à lecture longue et séquençage Illumina à lecture courte. L’équipe a extrait l’ADN deux fois de chaque échantillon, ce qui leur a permis d’identifier les variants nucléotidiques simples (SNV) chez le même individu en identifiant ceux qui étaient identiques entre les deux échantillons.
La majorité des mutations se sont avérées présentes dans une seule branche d’arbre. Cependant, certaines mutations ont été trouvées sur plusieurs branches, ce qui implique qu’elles avaient été transmises entre les branches à un moment donné de la croissance de l’arbre.
Chez les deux espèces, l’équipe a remarqué une augmentation linéaire du nombre de mutations avec une distance physique entre les branches. Le taux de mutations par mètre était en moyenne 3,7 fois plus élevé chez le S. leavis à croissance lente que chez le S. leprosula à croissance rapide, ce qui suggère que les arbres à croissance lente accumulent plus de mutations somatiques.
Cependant, en tenant compte des différences de taux de croissance et en calculant le taux de mutations par an, les deux espèces avaient des taux égaux. Cette découverte suggère que les mutations somatiques s’accumulent comme une horloge à mesure qu’un arbre vieillit, indépendamment de la réplication de l’ADN et du taux de croissance.
« Nous avons également constaté que les mutations somatiques sont neutres chez un individu, c’est-à-dire qu’elles ne sont ni bénéfiques ni préjudiciables à la survie. Cependant, ces mutations transmises à la génération suivante sont soumises à une forte sélection naturelle lors de la germination et de la croissance des graines », déclare co- auteur principal Ryosuke Imai, boursier postdoctoral au Département de biologie, Faculté des sciences, Université de Kyushu.
« Cela suggère que les mutations somatiques s’accumulent avec le temps et que les arbres plus âgés contribuent davantage à générer une variation génétique et à s’adapter à leur environnement, augmentant ainsi les chances de survie de leur espèce. »
Imai et ses collègues encouragent la poursuite des recherches dans ce domaine. En particulier, ils disent que la modélisation mathématique serait nécessaire pour prendre en compte la division asymétrique des cellules pendant l’allongement et la ramification afin de valider davantage les résultats.
« Dans les arbres, des mutations somatiques peuvent être transmises aux graines, entraînant de riches variations génétiques au sein des générations suivantes », déclare l’un des auteurs Masahiro Kasahara, professeur agrégé au département de biologie computationnelle et des sciences médicales de l’Université de Tokyo, au Japon. « Alors que les forêts tropicales humides d’Asie du Sud-Est sont confrontées aux menaces du changement climatique et de la déforestation, notre étude suggère que les arbres à longue durée de vie pourraient jouer un rôle crucial dans le maintien et l’augmentation de la variation génétique de ces systèmes tropicaux. »
Plus d’information:
Ryosuke Imai et al, L’horloge moléculaire des arbres tropicaux à longue durée de vie est indépendante du taux de croissance, eVie (2023). DOI : 10.7554/eLife.88456.1