La reproduction asexuée conduit généralement à un manque de diversité génétique. Pas pour ces fourmis

16 juillet 2024

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par l'Université Rockefeller

La diversité génétique est essentielle à la survie d'une espèce. C'est assez facile à maintenir si une espèce se reproduit sexuellement ; un ovule et un spermatozoïde combinent le matériel génétique de deux créatures en une seule, formant une progéniture génomiquement robuste avec deux versions distinctes du génome de l'espèce.

Sans cette combinaison de différents bagages génétiques, les espèces se reproduisant de manière asexuée souffrent généralement d'un manque de diversité qui peut les condamner à une existence limitée sur Terre. Un tel animal devrait être la fourmi clonale raider, qui produit une fille après une fille génétiquement identique directement à partir d'un ovule non fécondé par parthénogenèse, une méthode de reproduction asexuée dans laquelle la progéniture hérite de deux ensembles de chromosomes génétiquement identiques de sa mère.

Au fil du temps, l'héritage aléatoire de ces chromosomes en boucle sans fin devrait entraîner une perte catastrophique de la distinctivité génétique et éventuellement l'effondrement de l'espèce. Et pourtant, cet insecte aveugle, sans reine, originaire du Bangladesh et désormais trouvé dans des environnements tropicaux du monde entier, semble survivre parfaitement. Comment est-ce possible?

Comme l'ont récemment découvert des chercheurs de l'Université Rockefeller, la fourmi clonale raider ne prend pas de risques lorsqu'il s'agit de transmettre ses gènes. Au lieu de cela, elle veille à ce que la progéniture hérite de deux versions distinctes de l'ensemble de son génome, préservant ainsi en grande partie la diversité génétique présente dans l'ancêtre fondateur de chaque lignée clonale.

En théorie, cela ne devrait pas fonctionner : on pense que les chromosomes se mélangent de manière aléatoire lors de la méiose, le type de division cellulaire utilisé pour produire les cellules reproductrices chez tous les animaux, les plantes et les champignons. Pourtant, dans cet animal, le processus semble être tout sauf aléatoire, comme ils l'ont rapporté dans Nature Ecology & Evolution.

« Nous pensons avoir découvert comment les fourmis clonales raider évitent la perte de diversité génétique qui découle normalement de la parthénogenèse », explique le premier auteur Kip Lacy, boursier diplômé au Laboratoire de l'Évolution Sociale et du Comportement, dirigé par Daniel Kronauer. « Peut-être que cette diversité permet la survie de l'espèce ».

Les espèces parthénogénétiques sont rares mais se retrouvent dans diverses formes de vie, y compris les reptiles, les amphibiens, les nématodes, les poissons et les oiseaux. Leurs chances de survie à long terme sont minces. « Les espèces purement asexuées ont tendance à s'éteindre assez rapidement », déclare Lacy.

« Se reproduire de manière clonale est en quelque sorte une voie à sens unique vers la détérioration », ajoute Kronauer. « Chaque mutation légèrement délétère ne peut pas être purgée du génome, ce qui va simplement accumuler davantage de mutations au fil du temps ».

Le problème commence avec deux défis que les espèces asexuées doivent surmonter au niveau cellulaire. Le premier est qu'elles doivent former des génomes diploïdes, qui contiennent deux ensembles de chromosomes, à transmettre à leur progéniture.

« Mais si vous êtes une fourmi clonale raider », souligne Lacy, « il n'y a pas de spermatozoïde impliqué dans la reproduction, alors d'où allez-vous obtenir un ensemble supplémentaire de chromosomes? »

Le second est que la progéniture doit avoir une constitution génétique compatible avec le développement et la reproduction - ce que beaucoup d'espèces asexuées, dotées de deux ensembles de chromosomes génétiquement identiques, n'ont pas.

Lacy s'est intéressé à la parthénogenèse lors de ses études de Master à l'Université de Géorgie en étudiant la fourmi de feu tropicale, dont certaines colonies produisent asexuellement des reines. Comme il l'a découvert, ces fourmis avaient presque totalement perdu leur diversité génétique. Lorsqu'il a rejoint le laboratoire de Kronauer en 2019, il a cherché à découvrir comment la fourmi clonale raider pourrait éviter de tels écueils.

Pendant la méiose, les chromosomes se séparent et se recombinent, donnant lieu à de nouvelles combinaisons de copies géniques. Après ces événements appelés crossing-over, les chromosomes sont mélangés de manière aléatoire lors des divisions cellulaires.

Lors de la reproduction parthénogénétique, une lignée clonale tire de deux ensembles de chromosomes identiques, « donc on s'attend à perdre beaucoup de diversité à chaque cycle », explique Kronauer. C'est un peu comme diluer la soupe génétique.

Pour comprendre comment cela ne semble pas être le cas pour les fourmis clonales raider, les chercheurs se sont concentrés sur les paires de mère-fille et sœur-sœur de fourmis. Pour s'assurer qu'ils avaient de vrais duos familiaux, ils ont suivi les fourmis transgéniques qui brillent en rouge lorsqu'elles sont observées au microscope - une méthode révolutionnaire de manipulation génétique développée dans le laboratoire de Kronauer par le chercheur Taylor Hart. Ces paires étaient les seuls animaux de leurs colonies à briller.