Les génomes des papillons et des papillons nocturnes sont pratiquement inchangés malgré 250 millions d’années d’évolution


L’analyse la plus approfondie de ce type révèle comment les chromosomes des papillons et des papillons nocturnes sont restés pratiquement inchangés depuis leur dernier ancêtre commun il y a plus de 250 millions d’années. Cette stabilité existe malgré l’incroyable diversité observée aujourd’hui dans les modèles d’ailes, les tailles et les formes de chenilles parmi plus de 160 000 espèces dans le monde.

Des chercheurs du Wellcome Sanger Institute et leurs collaborateurs de l’Université d’Édimbourg ont analysé et comparé plus de 200 génomes chromosomiques de haute qualité chez les papillons et les mites afin de mieux comprendre leur histoire évolutive.

Ils ont en outre découvert des groupes rares d'espèces qui ont enfreint ces normes génétiques et ont subi des réarrangements génétiques, notamment des fusions chromosomiques – où deux chromosomes fusionnent – et des fissions – où un chromosome se divise.

Les résultats, publiés aujourd'hui (21 février) dans Écologie de la nature et évolution, mettent en lumière les contraintes strictes régissant l'évolution du génome de ces insectes écologiquement vitaux. Ils offrent également un aperçu des facteurs qui ont permis à certaines espèces de défier ces règles de l'évolution. Ces informations peuvent éclairer et améliorer les efforts de conservation en guidant des stratégies ciblées, en surveillant la santé des écosystèmes, en s'adaptant au changement climatique et en intégrant des informations génétiques dans des initiatives de conservation plus larges.

Le travail fait partie du projet Darwin Tree of Life1visant à séquencer les 70 000 espèces de Grande-Bretagne et d'Irlande, et contribue au plus vaste projet Earth BioGenome visant à séquencer les 1,6 millions d'espèces nommées sur Terre.2.

L’étude soulève des questions plus larges sur la manière dont les changements chromosomiques façonnent la biodiversité au fil du temps. Les chercheurs poursuivront leurs efforts ciblés pour séquencer les 11 000 espèces de papillons et de papillons nocturnes européens dans le cadre du projet Psyche récemment lancé.3.

Les papillons et les mites – collectivement appelés Lépidoptères – représentent 10 pour cent de toutes les espèces animales décrites et sont des pollinisateurs et des herbivores extrêmement importants dans de nombreux écosystèmes.

Dans cette nouvelle étude, des chercheurs du Wellcome Sanger Institute et leurs collaborateurs ont entrepris de comprendre les processus qui conduisent à l'évolution des chromosomes de ce groupe très diversifié.

Ils ont identifié 32 éléments constitutifs des chromosomes ancestraux, appelés « éléments mériens » en hommage à l'entomologiste pionnière du XVIIe siècle Maria Sibylla Merian, qui sont restés intacts chez la plupart des espèces de papillons et de mites depuis leur dernier ancêtre commun il y a plus de 250 millions d'années.

À l’exception d’un seul événement de fusion ancien entre deux chromosomes qui a conduit aux 31 chromosomes observés chez la plupart des espèces aujourd’hui.4, les chromosomes de la plupart des espèces actuelles correspondent directement à ces éléments mériens ancestraux. L’équipe a découvert que non seulement les chromosomes étaient incroyablement stables, mais que l’ordre des gènes qu’ils contiennent l’était également.

L'équipe a découvert certaines espèces présentant des changements mineurs, impliquant principalement des fusions de petits autosomes.5 et le chromosome sexuel. Cela met en évidence le rôle de la longueur des chromosomes en tant que moteur du changement évolutif.

Cependant, les chercheurs ont découvert un sous-ensemble rare d'espèces telles que les papillons bleus – Lysandre — et le groupe contenant les papillons blancs du chou — Pieris – qui ont défié ces contraintes de structure du génome. Ces groupes ont subi un vaste remaniement chromosomique, y compris des cassures de chromosomes, et un remaniement à grande échelle par fission et fusion.

Le travail améliore la compréhension des facteurs qui conduisent à la diversité génétique au sein de ces insectes. Cela peut guider les efforts visant à protéger et à préserver des espèces spécifiques confrontées à des défis uniques et à des changements environnementaux liés au changement climatique.

Charlotte Wright, première auteure de l'étude au Wellcome Sanger Institute, a déclaré : « Les chromosomes de la plupart des papillons et des mites vivant aujourd'hui remontent directement aux 32 éléments mériens ancestraux qui étaient présents il y a 250 millions d'années. ” Les espèces se diversifiant considérablement, leurs chromosomes sont restés remarquablement intacts. Cela remet en question l'idée selon laquelle des chromosomes stables peuvent limiter la diversification des espèces. En effet, cette caractéristique pourrait être une base pour construire la diversité. Nous espérons trouver des indices dans des groupes rares qui ont échappé à ces règles. “

Le professeur Mark Blaxter, auteur principal de l'étude et responsable du programme Tree of Life au Wellcome Sanger Institute, a déclaré : « Des études comme celle-ci, qui nous permettent d'approfondir ces processus évolutifs, ne sont possibles qu'avec des initiatives telles que l'Arbre de Darwin. Projet Life générant des assemblages génomiques de haute qualité et accessibles au public. Nous amplifions ces efforts dans le cadre du projet Psyché, visant à séquencer l'ensemble des 11 000 espèces de papillons et de mites en Europe avec des collaborateurs à travers le continent. En tant que pollinisateurs, herbivores et sources de nourriture vitaux de divers écosystèmes , ainsi que de puissants indicateurs de la santé des écosystèmes, une compréhension plus approfondie de la biologie des papillons et des papillons nocturnes grâce au projet Psyche éclairera les futures études sur l'adaptation et la spéciation pour la conservation de la biodiversité.

Remarques:

  1. Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet Darwin Tree of Life visant à séquencer les génomes de 70 000 espèces d'organismes eucaryotes en Grande-Bretagne et en Irlande. Il s’agit d’une collaboration entre les partenaires de la biodiversité, de la génomique et de l’analyse qui transforme notre façon de pratiquer la biologie, la conservation et la biotechnologie.
  2. Le projet Earth BioGenome est un réseau mondial d'initiatives et d'instituts visant à terme à séquencer les 1,6 millions d'espèces nommées sur la planète, afin de trouver des solutions pour préserver la biodiversité.
  3. Le projet Psyché séquencera les génomes de l’ensemble des 11 000 espèces de lépidoptères européens, contribuant ainsi à conserver, protéger et stimuler l’innovation.
  4. Cela s'est produit sur la branche évolutive menant aux Ditrysia, le groupe de lépidoptères le plus diversifié, contenant plus de 98 % de toutes les espèces de papillons et de mites décrites.
  5. Les autosomes sont des chromosomes non sexuels porteurs d'informations génétiques qui influencent des traits tels que la coloration et le motif des ailes, distincts de ceux qui déterminent le sexe de l'insecte.

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