Page 39

genomique-environnementale

PROSPECTIVE DE L’INSTITUT ECOLOGIE ET ENVIRONNEMENT DU CNRS 37 FOCUS 7-1 Le défi des microorganismes aux systématiciens modernes Figure 7B. L’infiniment petit caché derrière le visible. La biodiversité macroscopique n’est que la partie émergée de l’iceberg des entités capables d’échanger de l’ADN. Un monde de microorganismes mosaïques dans leur composition génétique nous oblige à revoir ce que nous appelons des « espèces » au sein des microorganismes tels que les archées et bactéries, ainsi que le schéma théorique général de « l’arbre du vivant » les concernant. Le monde microbien (Figure 7B) incluant les bactéries, les archées et leurs éléments génétiques mobiles, tels que les virus (qu’on les considère comme vivants ou non) est à la croi-sée de nombreux processus évolutifs. Des processus d’introgression (recom-binaisons légitime et illégitime des séquences génétiques, transfert laté-ral de gènes médiés par une grande diversité de mécanismes) et un pro-cessus d’hérédité comme la descen-dance depuis un ancêtre commun sont conjointement responsables de la grande diversité génétique et géno-mique de ces entités. L’ampleur des processus d’introgression implique que de nombreuses adaptations dont les évolutionnistes ambitionnent d’ex-pliquer l’origine ont plusieurs sources plutôt qu’une origine commune dans un génome ancestral unique. Le phénotype des organismes est donc en partie découplé de leur hérédité verticale : des organismes proches peuvent présenter des caractères différents quand ils n’ont pas acquis latéralement les mêmes gènes  ; des organismes phylogénétiquement éloi-gnés peuvent présenter des carac-tères communs quand ils ont reçu le même matériel génétique par des processus d’introgression. Ces évé-nements d’introgression impliquent que les génomes de très nombreuses lignées de microorganismes sont mosaïques ou composites sur le plan phylogénétique : tous les gènes d’un génome ne proviennent pas d’un seul et même dernier ancêtre commun  ; les composants des génomes pro-viennent en proportions différentes de différentes sources. De telles entités composites sont mal modélisées par un arbre, dont le formalisme suggère qu’un organisme dont les parties ont différentes histoires provient d’un seul ancêtre plutôt que de plusieurs. Une conséquence remarquable de cette fluidité génomique est que les membres d’une même espèce bac-térienne ne présentent pas tous les mêmes familles de gènes. Seul un ensemble de ces familles (environ 6 % chez les bactéries Escherichia coli) est commun à tous les membres de cette espèce ; la somme totale des familles de gènes de cette espèce dépasse la taille du génome individuel moyen d’une E. coli. Ce répertoire de gènes utilisés par certains membres de l’espèce, mais pas tous, constitue le pangénome. Plus il est grand, moins on peut généraliser au sujet des carac-téristiques communes de l’espèce. De plus, l’idée selon laquelle les microbes vivent isolés a vécu : les microor-ganismes ont une vie sociale. Les échanges de gènes favorisent l’émer-gence de partenariats et de phéno-types qui ne peuvent être expliqués que dans le cadre de ces collectifs. Cette observation permet une prise de conscience plus générale : à tous les niveaux d’organisation biologique, des associations de matériel génétique causées par les phénomènes d’intro-gression engendrent une diversité d’interacteurs dans le monde micro-bien (associations de bases, de gènes, d’individus…) qui peuvent faire l’objet de la sélection naturelle. Les approches d’inspiration réduc-tionniste utilisant une « partie » pour faire des inférences sur un « tout » plus grand que ces parties (par exemple le séquençage d’un gène pour décrire l’histoire évolutive d’une espèce) semblent donc trop naïves, certes plus simples mais pas plus justes, pour décrire les origines de la diver-sité des interacteurs du monde micro-bien selon un modèle unique. Tous les gènes n’ont pas la même histoire, et l’histoire d’un gène donné n’est pas celle des espèces. Des dévelop-pements conceptuels (quels objets/ interacteurs devraient être étudiés ?) et méthodologiques semblent donc indispensables pour réaliser une ou des systématiques moins abstraites. Les méthodes de NGS et de « single-cell » génomique (voir Focus 11.3) ap-pliquées aux communautés environ-nementales pourraient ainsi servir à mieux décrire la collection des gènes dans les communautés microbiennes pour inférer les transferts, les partena-riats et les adaptations dans le monde microbien.


genomique-environnementale
To see the actual publication please follow the link above