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Jun 23, 2023

Micro et macroévolution du phénotype du venin d'anémone de mer

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 249 (2023) Citer cet article 3264 Accès 1 Citations 27 Détails d'Altmetric Metrics Le venin est un trait complexe avec des caractéristiques inter- et intraspécifiques substantielles.

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 249 (2023) Citer cet article

3264 Accès

1 Citation

27 Altmétrique

Détails des métriques

Le venin est un caractère complexe présentant une variabilité inter- et intraspécifique importante résultant de fortes pressions sélectives agissant sur l'expression de nombreuses protéines toxiques. Cependant, la compréhension des processus sous-jacents à la dynamique d’expression des toxines qui déterminent le phénotype du venin reste non résolue. Par des comparaisons interspécifiques, nous révélons que l'expression des toxines dans les anémones de mer évolue rapidement et que dans chaque espèce, différentes familles de toxines dictent le phénotype du venin par des événements massifs de duplication génétique. Une analyse approfondie de l'anémone de mer, Nematostella vectensis, a révélé une variation frappante du nombre de copies diploïdes de la toxine dominante (Nv1) entre les populations (1 à 24 copies), résultant d'événements d'expansion/contraction indépendants, qui génèrent des haplotypes distincts. Le nombre de copies de Nv1 est en corrélation avec l'expression à la fois au niveau du transcrit et de la protéine, une population ayant une perte presque complète de production de Nv1. Enfin, nous établissons l'hypothèse de la toxine dominante qui intègre des observations dans d'autres lignées venimeuses selon lesquelles les animaux ont évolué de manière convergente vers une stratégie similaire pour façonner leur venin.

Comprendre les processus moléculaires qui déterminent la diversité phénotypique parmi les espèces, les populations et les individus est essentiel pour démêler le lien entre micro et macroévolution. La plupart des caractères sont polygéniques, ce qui signifie que leur phénotype est influencé par plusieurs loci génomiques1,2,3,4,5. Cependant, comprendre l’héritabilité de ces traits complexes reste un défi. L'expression des gènes est probablement une caractéristique essentielle pour déterminer le type d'effet qu'un gène a sur un caractère polygénique. Cela est évident avec la dynamique de l’expression des gènes héréditaires contribuant aux variations phénotypiques au sein et entre les espèces6,7. Les mécanismes qui déterminent cette dynamique d'expression génique, qui incluent des mutations des éléments cis et trans-régulateurs8,9, des modifications épigénétiques7,10,11 et la duplication génique12,13,14, sont soumis à des pressions sélectives qui peuvent entraîner des traits adaptatifs. dans un organisme.

Parmi les mécanismes capables de provoquer des changements rapides dans la dynamique de l’expression des gènes figure la duplication des gènes, qui peut entraîner une augmentation de l’abondance des transcrits conduisant à des variations phénotypiques au sein et entre les espèces. Les duplications de gènes, entraînant une variation du nombre de copies (CNV), peuvent provenir d'une combinaison de glissement de réplication, de croisements inégaux au cours de la méiose, de rétroposition des transcrits de gènes et de duplications du génome entier15,16. En plus de fournir un substrat sur lequel l'évolution moléculaire peut agir via la diversification, les CNV résultant de duplications de gènes peuvent également provoquer des effets immédiats sur la condition physique résultant d'une expression accrue des gènes grâce au dosage17. En effet, le potentiel d’effets phénotypiques immédiats et les taux de mutation élevés des gènes dupliqués suggèrent que la CNV pourrait constituer un mécanisme important d’adaptation rapide à de nouvelles niches écologiques. Alors que la CNV est étudiée principalement dans le contexte des maladies génétiques humaines et des adaptations récentes18,19,20, le rôle de la CNV à l'échelle individuelle et à l'échelle de la population dans les processus écologiques et évolutifs d'autres espèces et son impact sur des traits complexes est de plus en plus apprécié. 22,23.

On suppose qu’un trait complexe évoluant sous une forte pression sélective est le venin en raison de ses rôles écologiques essentiels liés à la prédation et à la défense24,25,26. Le phénotype du venin est souvent un trait complexe car il repose sur l’expression coordonnée de plusieurs gènes codant pour les toxines. Ces toxines se combinent pour produire des profils de venin très distincts, variant considérablement au sein et entre les espèces26,27. Les preuves confirment que les différences dans l’expression des gènes des toxines entre les espèces contribuent largement à l’évolution rapide des phénotypes de venin28,29. On a émis l'hypothèse que les familles de gènes de toxines évoluent selon un modèle d'évolution adaptative de naissance et de mort, car ces protéines sont essentielles à la condition physique d'un individu dans la médiation des interactions pour la nutrition et la survie24,25. La génomique comparative a révélé des preuves étayant l’hypothèse selon laquelle un certain nombre d’organismes venimeux accumulent rapidement des duplications de gènes dans leur génome : les exemples incluent les araignées30,31, les escargots cônes32 et les scorpions33, bien qu’il existe des exceptions telles que les araignées veuves34.