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Nature
27/08/2017

Changements environnementaux : quand l’expansion de l’aire de répartition d’une plante compromet sa capacité d’adaptation

L’histoire évolutive des espèces est rythmée par la modification de leurs aires de répartition, en fonction des conditions environnementales. Pour la première fois chez les plantes, des chercheurs de l’Inra et leurs collègues suisses démontrent que l’expansion de l’aire de répartition de la Mercuriale annuelle affecte la composition génétique des populations, notamment en réduisant le potentiel adaptatif de celles situées sur les fronts de colonisation. Les résultats de ces travaux sont publiés le 10 août 2017 dans la revue Current Biology.

L’essentiel des plantes et des animaux présents sur Terre ont connu des expansions ou des contractions spectaculaires de leurs aires de répartition, associées à des changements de l’environnement.

Les phases d’expansion géographiques peuvent notamment affecter la composition génétique des populations sur les fronts de colonisation.

La réduction brusque de la taille des populations – on parle de goulot d’étranglement démographique – qui survint alors, serait susceptible de modifier l’efficacité de la sélection naturelle et d’augmenter le nombre de mutations délétères, c’est-à-dire qui ont un effet négatif sur la capacité à se reproduire.
C’est cet attendu théorique, que des chercheurs de l’Inra et de l’Université de Lausanne (CH) ont souhaité éprouver chez les plantes. 

A la recherche de la Mercuriale annuelle, de la Turquie au Royaume-Uni

Les scientifiques se sont intéressés à une herbe commune des jardins et des cultures, de la famille des Euphorbiacées, la Mercuriale annuelle, de son nom latin Mercurialis annua.

Celle-ci présente la particularité d’avoir connu une expansion géographique importante depuis son refuge post-glacière en Méditerranée orientale (Grèce et Turquie) vers des habitats aux climats contrastés, situés plus à l’ouest (Espagne, France et Royaume-Uni).
Ils ont analysé les variations de la séquence ADN d’individus prélevés au cœur de leur région d’origine, en Méditerranée orientale, et au niveau de leurs fronts d’expansion, dans les régions méditerranéennes septentrionales et sur la côte Atlantique. Ils ont analysé plus particulièrement 578 125 mutations ponctuelles situées dans 17 648 gènes.

Goulot d’étranglement et accumulation de mutations délétères dans les populations du front de colonisation

A la faveur de ces analyses génétiques, les chercheurs ont mis en évidence une diversité génétique moindre des populations sur le front de colonisation (Atlantique 57,4 % et Méditerranée 56,3 % de locus polymorphes) par rapport aux populations de la région d’origine (87,5% de locus polymorphes), révélatrice d’un goulot d’étranglement démographique.

Ils ont également révélé l’accumulation de mutations délétères dans les populations du front de colonisation, susceptibles de compromettre leur survie (de 0,7 % de variants potentiellement délétères fixés dans la région d’origine à environ 4,5 % sur le front de colonisation).

Ils ont également mis en évidence qu’il y avait environ 25 % de moins de variants génétiques bénéfiques au niveau des fronts de colonisation, suggérant que l’impact de la sélection naturelle est atténué dans les populations du front de colonisation par rapport à celles de la région d’origine. Ceci impliquerait une capacité adaptative moindre face à de nouveaux changements environnementaux.

Une découverte inédite qui pourrait amener à repenser les stratégies de conservation des ressources génétiques végétales

Le fait qu’une telle signature génétique d’expansion spatiale, alliant goulot d’étranglement et accumulation de mutations délétères, existe chez cette plante allogame (c’est-à-dire à fécondation croisée) sujette à d’importants flux de gènes entre populations, constitue un résultat inédit. 

La théorie sur la dynamique des mutations sous sélection durant les phases d’expansions, jusque-là essentiellement éprouvée chez l’homme, est donc également valide dans le règne végétal. Ces résultats montrent que les goulots d’étranglement générés lors de la colonisation peuvent compromettre le potentiel adaptatif des plantes.

Les effets négatifs associés aux phases d’expansion pourraient avoir affecté d’autres espèces végétales. Il conviendrait donc de repenser les stratégies de conservation des ressources génétiques des espèces d’intérêt en considérant une capacité d’adaptation potentiellement réduite de certaines populations face aux changements climatiques en cours.

 

Référence

Gonzalez-Martinez S.C., Ridout, K. and Pannell J.R. Range Expansion Compromises Adaptive Evolution in an Outcrossing Plant. Current Biology (2017) http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.07.007

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