Chez la majorité des espèces végétales, tous les croisements ne sont pas fertiles. Des scientifiques de l’Inra de Versailles-Grignon ont étudié la descendance du croisement entre deux souches naturelles d’Arabidopsis thaliana, Columbia (Col) et Shahdara (Sha). Certaines plantes issues de ce croisement arborent des quantités réduites de pollen et de graines, ce qui affecte fortement leur capacité de reproduction au sein de la population. Les chercheurs ont découvert que ceci correspond à une incompatibilité entre deux régions chromosomiques de Col et de Sha. Cette incompatibilité concerne des gènes nommés AtFOLT, impliqués dans le transport des folates. Chez tous les organismes, les folates interviennent dans la biosynthèse des constituants des protéines et du matériel génétique et leur absence affecte la formation des cellules reproductrices ainsi que les étapes précoces du développement embryonnaire.

Chez Columbia, un seul gène AtFOLT est présent ; il est nommé AtFOLT1 et est localisé sur le chromosome 5 (K5). Chez Shahdara, en plus du gène AtFOLT1 sur le chromosome 5, il existe un gène similaire, nommé AtFOLT2, situé sur le chromosome 4 (K4). Ce gène, qui remplit le même rôle qu’AtFOLT1, se trouve au sein d’une structure très complexe qui comprend notamment des séquences d’ADN répétées. Ces dernières sont responsables de la production de molécules (petits ARN) capables de modifier le gène AtFOLT1 (méthylation des cytosines) et de provoquer ainsi son inactivation. Ces modifications sont dites « épigénétiques » car elles sont transmises à la descendance alors qu’elles n’affectent pas la séquence d’ADN du gène.

Ainsi, dans la descendance du croisement entre Col et Sha, les plantes héritant du chromosome 4 de Col (sans le gène AtFOLT2) et du chromosome 5 de Sha (avec un gène AtFOLT1 inactivé) ne sont pas fertiles. Le gène AtFOLT1 se maintient dans la descendance sous sa forme inactivée même si le gène AtFOLT2 n’est plus présent. De plus, l’introduction dans une plante de la structure du chromosome 4 peut provoquer en quelques générations, c’est-à dire très rapidement à l’échelle de l’évolution, l’inactivation du gène AtFOLT1.

La nouveauté de ce mécanisme réside dans sa nature épigénétique qui a la capacité d’accélérer l’apparition de conséquences délétères dans la descendance d’un croisement. L’importance des phénomènes épigénétiques dans l’évolution commence à être reconnue, mais l’origine des variations ainsi que leur impact dans la nature restent encore à découvrir. Ces résultats suggèrent que des modifications épigénétiques naturelles provenant de variations structurelles peuvent jouer un rôle important dans la mise en place rapide d'incompatibilités génétiques entre individus d’une même espèce. Ils contribuent probablement à expliquer les mortalités observées lors de certaines hybridations entre variétés ou entre espèces et à comprendre la mise en place de la séparation des espèces. En outre, ces phénomènes peuvent avoir des conséquences majeures dans le domaine de l’amélioration des plantes en limitant les fragments chromosomiques qui peuvent être introduits par croisement d'une variété dans une autre.

Ajouté aux résultats précédemment obtenus dans cette même équipe*, ce travail donne ainsi un panorama scientifique prometteur des mécanismes susceptibles de contribuer aux barrières de reproduction au sein d’une espèce.