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Paris, 14 août 2011

Le « supergène » du mimétisme déchiffré

Comment différents insectes ayant mauvais goût pour les oiseaux développent-ils les mêmes couleurs d'avertissement sur leurs ailes, renforçant ainsi leur protection contre les prédateurs ? Une équipe de scientifiques, composée notamment de Mathieu Joron, Lise Frézal, Robert Jones et Annabel Whibley (UMR 7205, CNRS/ Muséum national d'Histoire naturelle, « Origine, Structure et Evolution de la Biodiversité »), a pour la première fois découvert ce qui permet aux papillons tropicaux de réaliser cette étonnante stratégie évolutive appelée mimétisme Müllérien : un « supergène ». En étudiant un papillon amazonien qui "imite" plusieurs espèces vénéneuses très différentes, les chercheurs ont révélé la coexistence, chez ces insectes, de trois types chromosomique, correspondant à trois types mimétiques différents. Au niveau de cette région chromosomiques, les scientifiques ont montré qu'un bloc d'une trentaine de gènes s'est trouvé immobilisé, au cours de l'évolution, par des phénomènes d'inversions (des régions d'ADN qui se retrouvent en position inversée chez différents individus), supprimant le processus naturel de mélange génétique entre générations. De cette manière, de nombreux gènes sont hérités en bloc et produisent des papillons d'apparence totalement différente. De tels regroupements coordonnés, appelés supergènes, gouvernent de nombreuses autres adaptations, comme la variation de forme des fleurs chez les primevères, le camouflage chez les papillons de nuit ou bien les motifs et formes de coquilles chez certains escargots. L'étude est publiée cette semaine dans la revue Nature.

Le papillon amazonien Heliconius numata arbore sur ses ailes des motifs complexes qui « imitent » une demi-douzaine d'espèces différentes de papillons vénéneux (Danainae : Melinaea). Ces formes dites mimétiques sont évitées par les prédateurs et donc favorisées par la sélection naturelle. Inversement, les rares formes intermédiaires et/ou non ressemblantes sont désavantagées. C'est cette convergence d'apparence, presque parfaite, que l'on nomme mimétisme. Mais comment le mimétisme peut-il évoluer s'il nécessite les changements concertés de nombreux traits morphologiques et comportementaux ? L'équipe de chercheurs du laboratoire Origine, structure, évolution de la biodiversité (CNRS/Muséum national d'histoire Naturelle), en collaboration avec plusieurs institutions britanniques, a cloné la région de l'ADN de ce papillon qui contrôle les multiples formes mimétiques.

Mimétisme

© Mathieu Chouteau/CNRS

Mimétisme chez les papillons de Guyane. En bas, l'espèce Melinaea mneme, vénéneuse ; En haut, une forme mimétique de l'espèce Heliconius numata qui lui ressemble presque à la perfection


« Nous avons été réellement frappés par ce que nous avons découvert dans cette région du chromosome qui contrôle les différents motifs, indique Mathieu Joron, le porteur du projet. Nous avons montré qu'un bloc d'environ 30 gènes s'est retrouvé immobilisé par une série d'inversions - régions d'ADN en position inversée chez différents individus, ce qui supprime ce processus naturel de recombinaison qui mélange les contenus génétiques lors de la reproduction sexuée. »

L'étude, publiée le 14 août dans la revue Nature, montre que 3 types chromosomiques sont en coexistence chez ces papillons, chaque type étant associé à une forme mimétique distincte. Ces 3 types chromosomiques sont distingués par des ordres de gènes différents, apparus par des événements d'inversion de certains segments d'ADN au cours de l'évolution. La variation de l'ordre des gènes réduit fortement les échanges génétiques entre chromosomes (recombinaison). Ceci explique que les 3 types chromosomiques ont un contenu ADN très divergent (sur le segment concerné) car ils ne sont jamais remaniés entre eux. Plusieurs gènes de coloration de l'aile présents dans cette région chromosomique se retrouvent ainsi couplés chez H. numata, grâce aux multiples inversions chromosomiques qui empêchent l'échange de gènes entre chromosomes. Ce couplage définit le supergène et explique son évolution, en fixant les segments d'ADN qui contrôlent les différentes formes mimétiques dans leur globalité, et empêchent leur remaniement. Cette région du génome, qui contrôle aussi le fameux camouflage chez la Phalène du Bouleau, apparaît maintenant comme un véritable "point chaud" dans l'évolution des papillons.

Tableau

© Joron/CNRS

Structure moléculaire du supergène du mimétisme. Chez H. numata, une seule région du génome, appelée supergène, coordonne les éléments de la ressemblance avec Melinaea. Le séquençage et l'analyse de la variation de l'ADN ont montré que le supergène existe en plusieurs versions, définies par différents ordres de gènes le long du chromosome, chacun associé à différentes formes mimétiques. Cette variation de la structure de ce chromosome entre les individus empêche le mélange des caractères entre générations, et explique ainsi que soit conservée la coordination des motifs colorés sur l'aile.



Références :

Mathieu Joron1,2,3*, Lise Frézal1$, Robert T. Jones4$, Nicola L. Chamberlain4, Siu F. Lee5, Christoph R. Haag6, Annabel Whibley1, Michel Becuwe2, Simon W. Baxter7, Laura Ferguson7, Paul A. Wilkinson4, Camilo Salazar8, Claire Davidson9, Richard Clark9, Michael A. Quail9, Helen Beasley9, Rebecca Glithero9, Christine Lloyd9, Sarah Sims9, Matthew C. Jones9, Jane Rogers9, Chris D. Jiggins7, Richard H. ffrench-Constant4. Chromosomal rearrangements maintain a polymorphic supergene controlling butterfly mimicry
Nature, doi:10.1038/nature10341.

1- CNRS UMR 7205, Laboratoire Origine, structure et évolution de la Biodiversité, Muséum National d'Histoire Naturelle, 45 rue Buffon, CP50, Paris, France
2 - Institute of Evolutionary Biology, University of Edinburgh, UK
3 - Institute of Biology, Leiden University, The Netherlands
4 - Biosciences, University of Exeter, Penryn, UK.
5 - Department of Genetics, Bio21 Institute, University of Melbourne, Australia
6 - Department of Biology, University of Fribourg, Switzerland
7 - Department of Zoology, University of Cambridge, UK
8 - Smithsonian Tropical Research Institute, República de Panamá
9 - The Wellcome Trust Sanger Institute, Cambridge, UK
$ Auteurs ayant à part égale contribué à l'étude.

Contacts :

Muséum national d'Histoire naturelle
Claire Bourrasset – 01 40 79 53 87
presse@mnhn.fr

CNRS
Laure Megas - 01 44 96 51 51
presse@cnrs-dir.fr


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