Des chercheurs de l'unité " Plasticité et expression des génomes microbiens "ont effectué l'analyse moléculaire de la variation génétique de lignées de la bactérie Escherichia coli. Ils disposent aujourd'hui, grâce à une équipe du Michigan State University, d'une collection bactérienne de type paléontologique qui retrace des phénomènes d'adaptation à une contrainte environnementale. Ce premier résultat génomique dans une bactérie dont la séquence complète est connue, ouvre la voie à une nouvelle approche des sciences de l'évolution qui pour l'instant est centrée sur une bactérie à croissance rapide. On peut en mesurer la portée en calculant qu'une expérience comparable prendrait 1 500 ans avec la drosophile, et plus de 400 000 ans chez l'homme. Ces travaux accréditent la réitération d'événements de sélection darwinienne comme processus d'évolution.
Lancée il y a un peu plus de dix ans,
la collection des 12 lignées de R. Lenski est
propagée à raison de 6,6 générations
par jour. Plusieurs centaines d'échantillons, y compris
l'ancêtre, ont été congelés dans le
glycérol à - 80°C. Il s'agit bien d'une
expérience d'évolution expérimentale puisque
les bactéries sont perpétuées dans un milieu
légèrement carencé en glucose de
manière à favoriser l'émergence de clones plus
compétitifs.
Les compétitions entre ancêtre réanimé
et individus évolués ont montré dans des
travaux antérieurs une augmentation de la valeur
sélective (ou fitness) de 1 à 1,4 dans les
premières 2 000 générations et une
augmentation plus lente ensuite (1,7 aujourd'hui). Trois des
lignées sont devenues mutatrices (taux de mutations
ponctuelles élevé). Le séquençage
systématique de plusieurs gènes
considérés comme des cibles potentielles de
l'adaptation à la carence en glucose a
révélé une évolution génique
proche de zéro. Les chercheurs français viennent
d'analyser le polymorphisme de longueur de fragments de restriction
en hybridant avec des séquences d'insertion (RFLP-IS). Ces
éléments transposables (ou gènes sauteurs)
permettent de suivre la dynamique du génome en produisant
des mutations qui deviennent des empreintes
génétiques spécifiques. On peut suivre sans
ambiguïté avérée l'évolution des
individus portant ces empreintes et de leurs
descendants.
De cette étude émergent trois résultats majeurs :
- La sélection périodique d'individus génétiquement plus aptes purge les lignées des ancêtres et autres individus moins compétitifs. Le RFLP-IS marque bien l'évolution des génomes.
- L'évolution du génome continue d'augmenter significativement après 5 000 générations alors que l'amélioration de la compétitivité s'amoindrit suggérant que les séquences d'insertion (IS) pourraient accumuler des mutations " inutiles ".
- Quelques individus pivots montrent des réarrangements génomiques qui restent associés à la compétitivité des descendants, suggérant une association génétique très étroite entre IS et mutations favorisantes.
Les génomes bactériens
évoluent donc continuellement en s'adaptant à leur
environnement. Les mutations qui sont retenues par la
sélection naturelle dans ces expériences semblent
relever davantage de réarrangements génomiques que de
mutations géniques (qui sont toutefois difficiles à
mettre en évidence). Enfin les éléments IS
pourraient avoir un rôle moteur dans la promotion de
mutations favorables. L'objectif poursuivi maintenant est
d'identifier la nature des mutations IS dans les individus pivots,
puis de les réintroduire chez l'ancêtre pour en
mesurer l'effet sélectif.
L'analyse du génome des individus évolués
jusqu'à la génération 10 000 par rapport
à leur ancêtre a permis de mettre en évidence
des renouvellements de la structure génétique des
populations qui correspondent à l'apparition puis la
fixation de mutants favorisés génétiquement
qui éliminent leurs ancêtres. Cela produit un arbre
évolutif avec un tronc majeur partant de l'ancêtre,
des branches qui disparaissent, et quelques individus " pivots "
dont les propriétés génomiques sont acquises
par l'ensemble des descendants.
Une des
grandes originalités du modèle est que les
bactéries de chaque période de temps sont
congelées, et qu'elles peuvent être
réanimées, y compris l'ancêtre fossile, pour
être mises en compétition.
A noter que ces travaux ont été initiés dans
un programme de recherche sur la Biodiversité en Suisse et
soutenus par une ATIPE de Microbiologie du CNRS et un financement
complémentaire du CEA. Une action thématique
incitative sur programme et équipe (ATIPE) est une action de
soutien financier apporté à un jeune chercheur pour
la création et le développement d'une équipe
de recherche
*CNRS-Université
Grenoble 1 (Université Joseph Fourier) - Institut
Universitaire de France.
** L'équipe de Richard Lenski du
Michigan State University propage des lignées de la
bactérieEscherichia coli
depuis plus de 22 000
générations.
Sources : http://www.cnrs.org/Cnrspresse/n375a4.htm
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