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Espèces de bactéries !

Qu'est-ce qu'une espèce ? Cette question sur le concept d'espèces interroge les biologistes depuis qu'existe la volonté de réaliser une classification des organismes vivants. La question se renouvelle à mesure que les connaissances du vivant avancent. Alors que chez les animaux et les végétaux, la distinction entre les espèces est basée sur la notion d'isolement sexuel, les espèces bactériennes sont  à l'heure actuelle définies sur la base de leur similarité ou de leur dissemblance génomique. Ces deux notions apparemment sans rapport pourraient en fait se compléter car l'isolement reproductif conduit à un isolement évolutif qui à son tour augmente la divergence génomique entre espèces. La notion d'espèces chez les bactéries (procaryotes) et les espèces animales et végétales (eucaryotes) recouvrira-t-elle un jour une même réalité ?

Bactérie agrobactérium tuméfaciens, galle du collet sur amandier. © FAIVRE AMIOT Albert
Par Patricia Léveillé
Mis à jour le 13/05/2013
Publié le 18/03/2010

Des chercheurs de l'unité d'Ecologie microbienne (Inra/CNRS/Université de Lyon) ont exploré la sexualité des bactéries afin de déterminer si la divergence génétique et génomique sur laquelle est basée la notion d'espèce bactérienne (procaryotes) conduisait à un isolement reproductif comme c'est actuellement le cas dans le concept d'espèce biologique chez les eucaryotes. Ils ont pris comme modèle d'étude Agrobacterium tumefaciens, une bactérie responsable de la galle du collet qui affecte de nombreuses cultures, telles que la vigne ou certains arbres fruitiers. A. tumefaciens n'est pas à proprement parler une espèce mais un complexe d'espèces très apparentées et, de ce fait, un modèle idéal pour analyser les différences physiologiques entre espèces.

La sexualité des bactéries faiblit-elle avec la "distance génétique" ?

Les bactéries ont une sexualité très permissive. Elles échangent leur matériel génétique entre individus d'une même espèce mais aussi entre individus appartenant à des espèces parfois encore plus différentes que ne le sont une souris et un champignon par exemple ! On constate cependant une baisse de l'efficacité de ces échanges en fonction de l'éloignement génétique des partenaires. Afin de savoir si une baisse de la sexualité des bactéries était significative dans la formation de nouvelles espèces, les chercheurs de l'unité d'Ecologie microbienne ont mis en corrélation l'efficacité de la sexualité avec la "distance génétique" entre différentes souches d'Agrobacterium tumefaciens (Figure 1).

Figure 1 : Représentation de la parenté/distance génomique entre différentes souches d'Agrobacterium évaluées à partir du gène chvA.. © Inra
Figure 1 : Représentation de la parenté/distance génomique entre différentes souches d'Agrobacterium évaluées à partir du gène chvA. © Inra

Les chercheurs ont comparé des accouplements d'individus soit génétiquement très différents appartenant à la même espèce, soit appartenant à des espèces différentes mais très apparentées génétiquement. C'est-à-dire qu'ils ont comparé l'efficacité des accouplements aux limites de l'espèce. Pour leur étude, les chercheurs ont considéré la recombinaison homologue (c'est-à-dire l'intégration d'ADN étranger dans les génomes bactériens assurant un brassage génétique) comme le processus physiologique majeur contrôlant l'efficacité de la sexualité chez les bactéries.

A l'issue de leurs travaux, les chercheurs ont constaté qu'il n'y avait pas de chute brutale de l'efficacité de la sexualité aux frontières génétiques entre espèces bactériennes (Figure 2). Les concepts d'espèces bactériennes et d'espèces eucaryotes semblent donc définitivement irréconciliables !

Figure 2 : La distance génétique définissant la frontière entre deux espèces bactériennes (matérialisée ici par le trait vertical gris) ne se traduit pas à une rupture franche dans l'isolement sexuel.. © Inra
Figure 2 : La distance génétique définissant la frontière entre deux espèces bactériennes (matérialisée ici par le trait vertical gris) ne se traduit pas à une rupture franche dans l'isolement sexuel. © Inra

L'adaptation des bactéries à des niches écologiques à l'origine des espèces bactériennes ?

Dans son livre sur "L'Origine des espèces", Darwin aborde non seulement l'effet de l'isolement sexuel mais aussi celui de l'isolement géographique dans le processus de formation de nouvelles espèces, la spéciation. Les bactéries n'étaient pas connues au temps de Darwin. Mais ce qui aurait intéressé Darwin dans les résultats de cette expérience est l'idée avancée par les chercheurs que ce qui différencie initialement les espèces de bactéries et conduit à leur isolement évolutif est beaucoup plus probablement leur adaptation à des niches écologiques différentes que la réponse à un quelconque processus biologique interne, quand bien même celui-ci serait lié à la sexualité. La baisse de l'efficacité de la sexualité des bactéries serait ainsi la conséquence - et non l'origine - d'un processus de spéciation dépendant entièrement de facteurs externes.

En pratique, estiment les chercheurs, le faible isolement sexuel des espèces bactériennes permet qu'une innovation écologique favorable à l'une d'elles soit assez aisément transférée à une autre espèce apparentée. Ces flux de gènes entre espèces pourraient avoir un impact déterminant sur les risques d'évolution des propriétés phytopathogènes d'espèces sympatriques et donc sur l'émergence de nouvelles pathologies végétales.

Pour en savoir plus : "La notion d'espèce "génomique" chez les bactéries est irréconciliable avec le concept d'espèce biologique des eucaryotes"

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

  • Xavier Nesme Unité mixte de recherche "Ecologie microbienne" Inra/CNRS/ Université de Lyon, centre Inra de Clermont-Ferrand-Theix.
Département(s) associé(s) :
Santé des plantes et environnement

Références

Costechareyre D., Bertolla F., Nesme X. 2009. Homologous recombination in Agrobacterium: potential implications for the genomic species concept in bacteria. Mol. Biol. Evol. 26:167-176.

 Costechareyre D., Nesme X. 2008. Recombinaison génétique et barrière d'espèce: le cas du complexe d'espèces Agrobacterium tumefaciens. Bulletin de la Société Française de Microbiologie, 23:156-163.