Isolement reproductif : quand l’épigénétique s’en mêle
Les modifications génétiques sont à l’origine de la diversité biologique, sur laquelle agit la sélection naturelle. Mais pour faire émerger de nouvelles espèces, des barrières reproductives doivent être mises en place, comme par exemple l’impossibilité de fécondation ou le caractère délétère de certaines combinaisons de gènes telle que l’incompatibilité hybride. Une étude publiée le 7 mars 2017 dans la revue PNAS suggère que les allèles épigénétiques, ayant hérité d’un état de méthylation de l'ADN, contribuent à l'isolement reproductif chez les plantes.
L’accumulation de mutations dans une sous-population peut favoriser l'isolement reproductif et ainsi contribuer à la spéciation. Chez les plantes, cet isolement peut être du à l’échec de la pollinisation entre deux sous-espèces émergentes, à la létalité des hybrides mais aussi à leur stérilité ou la létalité de leur descendance. Ce sont des combinaisons délétères d'allèles provenant des parents qui engendrent cette incompatibilité hybride.
Des chercheurs de l’Institut de biologie moléculaire des plantes à Strasbourg et du Howard Hughes Medical Institute (Indiana University, USA) se sont intéressés à l’incompatibilité hybride entre deux écotypes d’Arabidopsis. Le cas étudié implique un gène essentiel (nécessaire à la synthèse de l’histidine) dupliqué dans chacun des écotypes parentaux (Figure). Dans l’un des écotypes, une des deux copies, altérée par une mutation, est un pseudo gène. Dans l’autre écotype, les deux gènes paralogues sont conservés mais une seule copie est exprimée. Cette fois, c’est une modification épigénétique, n’affectant pas la séquence d’ADN, mais néanmoins transmise à la descendance qui intervient dans cette perte de fonction. C’est l’hyper méthylation de la région du promoteur de ce gène qui est responsable de cette extinction du gène qu’on désigne alors comme un épiallèle silencieux. L’incompatibilité entre les deux écotypes se manifeste par la létalité au stade embryonnaire d’environ 1/16 de la descendance des hybrides F1.
Par une approche génétique, les chercheurs ont montré que l'élimination de la méthylation de l'ADN dans le promoteur rétablit l’expression de l’épiallèle et lève l'incompatibilité hybride entre les deux écotypes d'Arabidopsis thaliana. Comme la variabilité génétique, la variabilité épigénétique naturelle contribue donc à l'incompatibilité hybride et limite les génotypes possibles issus de centaines de croisements entre écotypes. Le caractère réversible de l’épigénétique en fait cependant un acteur singulier. En effet, au sein d’une population, ces incompatibilités épigénétiques peuvent fluctuer plus rapidement que les incompatibilités dues à des mutations génétiques. Le débat reste ouvert sur l’impact de l’épigénétique sur la spéciation.
Figure : La duplication d'un gène essentiel génère deux loci paralogues indépendants. Si la méthylation de l'ADN éteint une copie dans un écotype d'Arabidopsis (locus rouge à gauche), et si une mutation nulle détruit l'autre dans un autre écotype (astérisque rouge à droite), les croisements entre ces écotypes présenteront une incompatibilité hybride (1/16 de létalité embryonnaire) dans la descendance de la génération F1. Contrairement à l'incompatibilité hybride uniquement due à des mutations, la perte de méthylation de l'ADN (réversion) peut rapidement restaurer l'expression des deux copies dans le premier écotype et la viabilité de toutes les combinaisons possibles de ces gènes dupliqués.
© Todd Blevins. CNRS-IBMP
En savoir plus
-
Hybrid incompatibility caused by an epiallele.
Blevins T, Wang J, Pflieger D, Pontvianne F, Pikaard CS.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Apr 4;114(14):3702-3707. doi: 10.1073/pnas.1700368114. Epub 2017 Mar 7.