Les nématodes, ces vers responsables de centaines de millions d’euros de dommages dans les cultures chaque année, possèdent une panoplie d’enzymes leur permettant de dégrader la paroi des cellules des plantes. Ces enzymes, cruciales pour pénétrer dans la plante et migrer à l’intérieur des racines, sont codées par des gènes habituellement absents chez les animaux. Lorsque ces gènes sont désactivés, le ver voit sa capacité à parasiter la plante fortement réduite. Mais d'où viennent donc ces gènes ?
Une comparaison fine de ces enzymes avec des banques de données de séquences de protéines a permis de montrer que leurs plus proches équivalents étaient bactériens. Des analyses statistiques et phylogénétiques¹ ont ensuite indiqué que le scénario le plus probable pour la présence de ces enzymes chez les nématodes était une « acquisition » à partir de gènes bactériens par un phénomène appelé “transfert horizontal”.
Le transfert horizontal est la transmission de gènes par des voies autres que l’héritage du matériel génétique d’un ancêtre à sa descendance. Il s’agit du transfert direct de gènes entre deux espèces sans que l’une soit l'ancêtre de l’autre. Ce phénomène est bien connu des scientifiques entre bactéries, chez qui il joue un rôle évolutif et adaptatif important (acquisition de résistances aux antibiotiques, par exemple) mais il est très peu connu chez les animaux.
Les travaux qui viennent d’être publiés par une équipe de chercheurs de l’INRA montrent que des bactéries, distantes évolutivement de plus de 2 milliards d’années des nématodes, auraient donc fourni à ces vers des gènes leur permettant de devenir des parasites de plantes. Pour la première fois, ils ont montré que ces transferts provenaient vraisemblablement de plusieurs bactéries différentes et que les gènes transférés avaient ensuite subi des duplications massives. Il semblerait que la sélection naturelle ait favorisé les nématodes possédant plusieurs copies de ces gènes, probablement car ceux-ci leur procuraient un avantage évolutif. Enfin, ces travaux ont permis de rejeter l’hypothèse alternative d’un héritage « vertical » classique de gènes, via un ancêtre des eucaryotes.
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La probabilité pour que des gènes bactériens soient transférés dans des génomes d’animaux et qu’ils soient ensuite opérationnels (transcrits, traduits et donnant une protéine fonctionnelle) est très faible. Pourtant, chez les nématodes parasites de plantes, nous observons une panoplie d’enzymes fonctionnelles provenant de multiples transferts horizontaux réussis. Les chercheurs de l’INRA ont montré que plusieurs bactéries différentes, dont des bactéries pathogènes de plantes telles que Clavibacter michiganensis ou Ralstonia solanacearum, pouvaient être considérées comme donneuses de gènes. Ces gènes étant partagés par plusieurs lignées de nématodes parasites de plantes, par exemple chez les nématodes à galles (tels que Meloidogyne incognita) et les nématodes à kystes (tels que Globodera pallida), les événements de transfert ont probablement eu lieu chez un de leurs ancêtres communs.
Comment expliquer ces transferts de gènes ? Une très forte pression évolutive liée à un avantage sélectif a probablement été le moteur de ces transferts, bénéfiques pour ces vers mais désastreux pour les plantes. Ces transferts n’ont pu se produire que parce que les espèces donneuses et receveuses ont partagé la même niche écologique à un moment donné. Des travaux en cours devraient permettre de préciser à quelle date ces transferts ont été effectués. L’état actuel des connaissances suggère que les nématodes à galles, qui constituent un sous-groupe de nématodes parasites de plantes, sont vieux de 40 à 80 millions d’années et que ces transferts de gènes datent donc au moins de cette période.
Les résultats publiés par l’INRA conduisent à penser que ce phénomène de transfert horizontal chez les animaux pourrait être plus fréquent que ce que les chercheurs pensaient jusqu’alors. Chez les nématodes parasites de plantes, ce phénomène a participé à un remodelage complet de leur mode de vie et à la sophistication de leurs interactions avec la plante. Ce même phénomène pourrait probablement être mis en lumière chez d’autres animaux.
¹phylogénétique: c’est une discipline permettant d’étudier l’histoire évolutive des gènes. A partir des similitudes entre les séquences d’ADN des gènes et sur la base de modèles d’évolution, la phylogénétique produit des représentations des parentés entre les gènes semblables aux arbres généalogiques. L’analyse de la forme (ou topologie) de ces arbres permet de reconstituer l’histoire évolutive de ces gènes.
Référence:
Multiple lateral gene transfers and duplications have promoted plant parasitism ability in nematodes.- PNAS - 12 octobre 2010 ; 107(41) : 17651-6. - Etienne G. J. Danchin(a), Marie-Noëlle Rosso(a), Paulo Vieira(a), Janice de Almeida-Engler(a), Pedro M. Coutinho(b), Bernard Henrissat(b), et Pierre Abad(a)
(a) Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1301, F-06903 Sophia-Antipolis, France;
(b) Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 6098, Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques, Universités Aix-Marseille, F-13009 Marseille, France
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