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Les bizarreries du génome du nématode à galles Meloidogyne incognita

Le génome du nématode à galles Meloidogyne incognita a récemment été séquencé par un consortium international de 27 laboratoires, impliquant l’Inra, le CNRS, l’Université de Nice Sophia-Antipolis et le Génoscope. C’est le premier génome d’un animal parasite de plantes à être entièrement séquencé et analysé. Il contient près de 20000 gènes (25000 chez l’homme).

Larves de second stade de Meloidogyne incognita, stade infestant du nématode libre dans le sol, qui attaque les racines des plantes. © CAILLAUD Marie-Cécile
Mis à jour le 29/01/2013
Publié le 11/12/2009

Le programme de séquençage du génome du nématode à galles a été coordonné par une équipe de chercheurs de l'unité mixte de recherche Interactions biotiques et santé végétale, dirigée par Pierre Abad, du Centre Inra de Sophia-Antipolis. Cette avancée permet de lever le voile sur l’arsenal et les adaptations développés par les ravageurs des cultures pour attaquer les plantes.
Le ver analysé, M. incognita, est un parasite extrêmement vorace, capable d'attaquer plus de 2.000 plantes hôtes, et particulièrement dommageable pour les cultures maraîchères (tomate, piment, melon ...), le café et le coton. Les nématodes sont des animaux capables de coloniser tous les milieux et représentant une grande part de la diversité biologique, avec 80 000 espèces décrites, et plus d'un million estimées.

Un génome complexe à l’origine d’une extrême plasticité

Chez les espèces diploïdes, les individus possèdent deux génomes, issus de leur père et de leur mère, qui sont très proches (moins de 0,1 % de différences entre les séquences de gènes chez l’homme). Chez le nématode à galles M. incognita, organisme avec mode de reproduction asexué, par parthénogenèse mitotique (ce qui signifie que les descendants sont génétiquement considérés comme des clones), les chercheurs ont eu la surprise de constater la présence de deux génomes dont le taux de divergence moyen est un des plus importants jamais observés (plus de 7 %). Cette particularité génétique pourrait être à l'origine de l'acquisition rapide de nouvelles fonctions conférant à ces organismes leur grande capacité d'adaptation, responsable de leur large distribution sur la planète. Une des hypothèses d’évolution avancées est que ce nématode descendrait d’un ancêtre qui aurait eu une reproduction sexuée, avec père et mère il y a très longtemps (d'où la présence de deux génomes différents). Il aurait ensuite perdu ce mode de reproduction pour un mode de reproduction asexué sans méiose. Depuis cet ancien temps, ce nouveau mode aurait permis aux deux génomes d'évoluer séparément en parallèle et non de manière coordonnée comme cela est nécessaire pour le mode de reproduction sexué car les chromosomes des deux parents doivent s'apparier lors de la méiose.

Un arsenal enzymatique particulièrement adapté au parasitisme des plantes

Un autre résultat majeur fut l'identification d'un large éventail d'enzymes (plus de 60) permettant la dégradation de la paroi cellulaire des plantes, inédit dans le règne animal. Un travail d’annotation de ces enzymes spécifiques a été réalisé par Etienne Danchin au sein de l’équipe IPN(1) et ces 60 protéines du nématode à galles ont été comparées, via une base de données internationale CAZy(2), à ce qui existe dans le monde du vivant.
Ces 60 enzymes, œuvrant, entre autre pour la dégradation de la cellulose, ne se retrouvent généralement pas dans le règne animal, excepté chez les autres nématodes parasites de plantes, et leurs plus proches homologues appartiennent au monde des bactéries (organismes procaryotes, très éloignés des nématodes sur l'arbre de la vie qui définit les filiations entre espèces).
Une des hypothèses est que la proximité de M. incognita et des bactéries, au sein de mêmes niches écologiques, dans le sol, ait favorisé un transfert de gènes entre les bactéries et les nématodes. Ce transfert appelé transfert horizontal (entre espèces) aurait été suivi de duplications multiples au sein du génome du nématode à galles. La diversité du répertoire génétique de M. incognita pourrait potentiellement s’exprimer différentiellement en fonction des nombreux types d'hôtes rencontrés.

Aujourd'hui, les nématodes causent des dégâts estimés à plusieurs dizaines de milliards d'euros par an dans le monde. Or, la lutte chimique est devenue problématique, du fait de la toxicité des produits pour l'homme et l'environnement et la majorité de ces molécules sont désormais interdites. Cette étude ouvre la voie à de nouvelles solutions de lutte.

(1) Equipe IPN Interactions Plantes-Nématodes, Unité Mixte de Recherche IBSV Interactions Biotiques et Santé Végétale Inra-CNRS-Université de Nice Sophia-Antipolis, Centre de recherche, 400, route des Chappes, BP 167, 06903 Sophia-Antipolis
(2) www.cazy.org

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

Département(s) associé(s) :
Santé des plantes et environnement
Centre(s) associé(s) :
Provence-Alpes-Côte d'Azur

Références

Abad et al. 2008. Genome sequence of the metazoan plant-parasitic nematode Meloidogyne incognita. Nature Biotechnology 26 : 906-915 http://www.nature.com/nbt/index.html Bird DM, Williamson VM, Abad P, McCarter J, Danchin EG, Castagnone-Sereno P, Opperman CH. 2009 May 4. The Genomes of Root-Knot Nematodes. Annu Rev Phytopathol. http://arjournals.annualreviews.org/