Les papillons curieux sont génétiquement différents
Comprendre les mécanismes essentiels aux changements dans l'histoire de la vie est crucial pour notre compréhension de l'adaptation à la sélection naturelle. Tandis que la recherche dans ce domaine a amélioré les études génomiques d'adaptations d'histoire de la vie ont à peine commencé. Une équipe de scientifiques de Finlande et États-Unis contribuent à faire progresser cette recherche. Ils ont découvert que les descendants des papillons «explorateurs» qui ont colonisé de nouveaux habitats sont génétiquement différents de leurs cousins qui préfèrent rester dans les habitats habituels. Partiellement financée par le projet SPATIALDYNAMICS («Ecological, molecular, and evolutionary spatial dynamics»), soutenu à hauteur d'une subvention avancée du Conseil européen de la recherche (CER) d'une valeur de 2,48 millions d'euros au titre du septième programme-cadre (7e PC), l'étude est présentée dans la revue Molecular Ecology. L'équipe de recherche comprend le professeur Ilkka Hanski de l'université de Helsinki en Finlande, et le professeur James Marden et le Dr Christopher Wheat de Pennsylvania State (Penn State) aux États-Unis. Ils ont découvert les bases génétiques pour une maturation plus rapide des oeufs, une meilleure habilité de vol et un métabolisme énergétique plus important chez les descendants des papillons explorateurs. Ces caractéristiques leur ont apporté un avantage important. Selon les chercheurs, les résultats permettraient de mieux comprendre comment la sélection naturelle peut se déclencher chez certaines espèces qui occupent des régions d'habitats distinctes. Le professeur Ilkka Hanski a étudié les papillons Damier du plantain résidant dans les îles Aland, en Finlande, en utilisant une technologie innovante de séquençage génétique pour caractériser les milliers de gènes de codification protéique. Les travaux du professeur Hanski sur les papillons lui a permis d'être récompensé par le prix Craaford de cette années, ce que les experts considèrent comme la version écologique du prix Nobel. «Le projet Glanville fritillary en Finlande a été démarré en 1991 et a joué un rôle important dans le développement de la biologie de métapopulation», commente le professeur Hanski. «Les papillons vivent dans un réseau de 4000 prairies. Il n'y a pas de grandes populations, et la persistance du paysage est basée sur l'équilibre entre les extinctions locales stochastiques et la recolonisation des prairies actuellement inoccupées. Une série d'études a démontré que les femelles qui ont établi de nouvelles populations locales sont plus dispersées que la métapopulation moyenne femelle, et il existe d'autres différences de vie/histoire entre les papillons dans les populations plus anciennes et celles relativement nouvelles», ajoute-il. Pour sa part, le professeur Marden explique: «Les papillons, comme pour d'autres espèces, sont des spécialistes. Ils sont très regardants sur l'endroit où ils vivent. Cette caractéristique donne à l'espèce ce que les écologistes appellent une distribution irrégulière. Dans un environnement, les organismes individuels sont confrontés à un choix fondamental entre le reste de leur environnement natif ou s'aventurant pour trouver un nouvel habitat adapté.» Rester dans un environnement sûre pour la survie immédiate mais peut exposer la descendance aux parasites, tandis que la dispersion est dangereuse mais offre un avantage potentiellement important, si un nouvel habitat inoccupé. «Nous voulons mieux comprendre les gènes et la physiologie impliqués dans la détermination de caractéristiques sédentaires, contre les caractéristiques aventureuses», ajoute le professeur Marden. «Les biologistes sont fascinés par les questions rentables tels que la façon dont la sélection naturelle produit et maintient des variétés sédentaires et aventureuses au sein des espèces.» Selon les experts, la dichotomie joue un rôle crucial dans l'écologie en raison des changements dans l'habitat, ainsi que les évènements hasardeux et la maladie, déclenchent l'extinction des petites populations dans les habitats individuels. «La persistance des espèces sur une échelle régionale requiert que la vitesse d'établissement de nouvelles population doit être aussi élevé que la vitesse d'extinction des populations locales», explique le professeur Marden. «La dispersion des individus femelles est ce qui détermine la vitesse d'établissement, ainsi que le nombre d'habitats et de distances entre eux.» Les laboratoires Marden et Hanski ont mesuré et comparé la variation dans les taux d'expression chez les femelles des populations de papillons établies (populations locales anciennes qui persistent pour plus de cinq ans) contre les nouvelles populations locales établies par les papillons explorateurs. Une différence importante a été observée dans les populations anciennes et nouvelles, notamment dans la manière dont elles exprimaient certains gènes responsables de la période et la libération de protéines stockées pour la production d'oeufs ainsi que la maintenance des protéines de muscles impliqués dans le vol. L'équipe a découvert des variations au niveau des vitesses métaboliques de vol des papillons (mesure de la performance musculaire et la capacité à voler). L'équipe a également qu'une autre variante génétique jouait un rôle essentiel dans la capacité de vol des papillons: phosphoglucose isomerase (Pgi). Ils ont également découvert qu'une petite partie du gène succinate-déshydrogénase (Sdhd) ne se retrouve pas dans les femelles des nouvelles populations. «La variante génétique Pgi semble être associée à la vitesse, et la variante Sdhd semble être associée à l'endurance», commente le professeur Marden. «Il est facile de comprendre pourquoi les caractéristiques et leurs gènes associés seraient plus fréquents dans les nouvelles populations. Une meilleure capacité de vol permet à certains papillons d'atteindre et de s'établir dans de nouveaux habitats.» Commentant les résultats, le professeur Hanski explique: «Cette nouvelle étude démontre des différences importantes dans l'expression génétique entre les populations plus anciennes et récentes. Nombre de ces gènes ont des fonctions associés aux caractéristiques physiologiques et des cycles évolutifs démontrant des différences entre les types de populations, suggérant des hypothèses entre les types de population, ce qui suggère des hypothèses sur la base génétique des variations des cycles évolutifs parmi les populations. Mon équipe à Helsinki séquence actuellement le génome complet du damier du plantain et nous développons des analyses d'association avec du matériel complet sur les variations phénotypiques dans le système entier.»Pour de plus amples informations, consulter: Université d'Helsinki: http://www.helsinki.fi/university/ Pennsylvania State University: http://www.psu.edu/ Molecular Ecology: http://www.blackwellpublishing.com/journal.asp?ref=0962-1083 Conseil européen de la recherche (CER): http://erc.europa.eu/
Pays
Finlande, États-Unis