Examiner les effets de la reproduction des fourmis sur l’évolution du génome
Les fourmis sont des haplodiploïdes. Les mâles se développent à partir d’œufs non fécondés, tandis que les femelles ouvrières et les reines se développent à partir d’œufs fécondés. Mais certaines espèces de fourmis suivent un système de «double reproduction clonale». Toutes les ouvrières de ces colonies de fourmis sont des hybrides, mais les fourmis reproductrices ne le sont pas: les nouvelles reines reproductrices sont des clones de leur mère et les mâles reproducteurs sont des clones de leur père. Cela signifie que les génomes de la reine et du mâle évoluent séparément, et qu’ils ne se croisent que pour produire des ouvrières, qui sont stériles. Le projet MELCA, financé par l’UE, a étudié en profondeur ce système rare, afin d’obtenir des détails supplémentaires tels que sa prévalence et son évolution, et d’étudier ses conséquences sur l’évolution du génome. Leur sujet était la fourmi folle noire, Paratrechina longicornis, un nuisible commun et l’une des espèces de fourmis les plus largement répandues dans le monde. «Notre travail révèle des détails supplémentaires sur le fonctionnement du système de double reproduction clonale chez cette espèce. Cela pose les bases qui permettront de comprendre l’interaction entre l’évolution moléculaire du génome et le mode de reproduction sexuelle», explique Hugo Darras, du Département d’écologie et d’évolution de l’Université de Lausanne et chercheur principal du projet MELCA. Deux découvertes surprenantes sont ressorties de cette recherche, entreprise avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. «Nos résultats suggèrent que l’échange génétique entre les reines et les mâles ne se produit plus chez Paratrechina longicornis. Les gènes des reines et des mâles s’unifient uniquement chez les ouvrières non reproductrices. Nous avons estimé que les deux sexes clonaux sont séparés depuis plus d’un million d’années.»
Œufs et génomes
«La production d’ouvrières stériles par reproduction sexuelle constitue une caractéristique commune chez les fourmis. Ce qui est inhabituel chez cette espèce, c’est que les reines sont engendrées par un mode de reproduction différent de celui des ouvrières. Elles présentent donc un bagage génétique différent», explique Hugo Darras. Chez la plupart des espèces de fourmis, les œufs diploïdes (fécondés) peuvent se développer en femelles reines ou en ouvrières, en fonction des facteurs environnementaux. Chez Paratrechina longicornis, le destin d’un œuf diploïde semble être déterminé par son génotype. Les œufs non fécondés ne contiennent que le matériel génétique maternel et donneront naissance à une reine. En revanche, les œufs issus de la reproduction sexuelle portent les génomes de la reine et du mâle et donneront naissance à des ouvrières. «Le mécanisme génétique responsable de cette forte association entre la caste féminine et le génotype est encore inconnu», déclare Hugo Darras.
Le choix de la reine
Ce système de double reproduction clonal donne aux reines Paratrechina longicornis la possibilité de se servir de la reproduction asexuée et sexuelle pour la production de reines et d’ouvrières stériles. «L’utilisation de la reproduction asexuée permet aux reines de maximiser le taux de transmission de leurs gènes à leurs filles reproductrices. En même temps, le sexe maintient la diversité génétique au sein de la caste ouvrière, ce qui devrait améliorer les performances de la colonie», explique Hugo Darras. Les croisements entre des lignées divergentes de reines et de mâles produisent des ouvrières présentant des niveaux élevés d’hétérozygotie. Cela signifie qu’elles possèdent deux allèles, ce qui empêche toute consanguinité, même au sein des petites colonies. «Cette absence de consanguinité pourrait être l’un des principaux facteurs expliquant pourquoi Paratrechina longicornis est devenue l’une des fourmis les plus répandues dans le monde», explique Hugo Darras. Les résultats de l’équipe suggèrent que les génomes des reines et des mâles Paratrechina longicornis ne se recombinent plus, ce qui signifie que les génomes évoluent comme des entités distinctes. «Nous allons profiter de ce système inhabituel pour étudier la manière dont la sélection façonne l’évolution des gènes impliqués dans les différences de sexe», ajoute Hugo Darras.
Mots‑clés
MELCA, fourmis, reproduction, double clonal, système, génome, reine, ouvrière
