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Taxonomie, venins et évolution des Conoidea – CONOTAX

La diversification des toxines est-elle un moteur de la spéciation chez les Conoidea ?

Les Conoidea sont un groupe de gastéropodes marins venimeux particulièrement diversifiés. L’enjeu principal du projet est d’identifier les facteurs à l’origine de cette diversification, l’hypothèse principale étant que l’acquisition de nouvelles toxines permet la capture de nouvelles proies, et donc la colonisation d’une nouvelle niche écologique, aboutissant à l’apparition de nouvelles espèces.

Le projet repose sur l’analyse de la diversité des Conoidea en eux-mêmes, des toxines qu’ils produisent et de leurs proies.

Les Conoidea sont étudiés depuis les années 70 pour les toxines qu’ils produisent et pour leurs applications thérapeutiques. Cependant, la systématique du groupe (délimitation d’espèces, phylogénie) reste largement inconnue, tout comme les processus évolutifs qui en sont à l’origine. Les objectifs du projet CONOTAX sont de caractériser la diversité des Conoidea, au niveau spécifique et phylogénétique, la diversité des toxines qu’ils produisent et des proies dont ils se nourrissent, de façon à identifier les facteurs à l’origine de la spéciation chez les Conoidea.

Les méthodes appliquées dans le projet CONOTAX se basent principalement sur les approches « Nouvelle Génération de Séquençage », que ce soit pour clarifier des complexes d’espèces (Rad-sequencing), établir les relations phylogénétiques au sein des Conoidea (exon-capture, Mitogénomique), décrire la diversité des toxines (séquençage du transcriptome des glandes à venin) et des proies (metabarcoding des contenus stomacaux et signatures isotopiques). Ces techniques innovantes permettront d’identifier les processus évolutifs à l’origine de la diversification des organismes venimeux.

Les premiers 30 mois du projet ont été consacrés à l’obtention des données, à leur analyses (en cours) et la publication des premiers articles de taxonomie :
- Plusieurs nouvelles espèces de Conoidea ont été mises en évidence par le séquençage de leur ADN. Certaines ont déjà été décrites dans des articles scientifiques, d’autres le seront bientôt.
- les relations phylogénétiques entre les différentes familles de Conoidea ont été clarifiées.
- les résultats confirment que la coquille des Conoidea est un mauvais prédicteur de leur taxonomie, des espèces différentes pouvant avoir les mêmes coquilles, et vice-versa.
- le séquençage des contenus stomacaux a révélé des préférences alimentaires différentes, même pour des espèces très proches.
- les toxines restent à analyser, mais les résultats préliminaires montrent également des différences entre espèces.
Les résultats préliminaires obtenus tendent donc à confirmer l’hypothèse : des espèces proches de Conoidea possèdent bien un arsenal de toxines différentes et semblent se nourrir de proies également différentes.

La première partie du projet CONOTAX est une réussite dans le sens où les méthodes de séquençage, pour la plupart nouvelles dans le laboratoire, ont été appliquées avec succès. Les prochains mois seront dont consacrés à la reconstruction phylogénétique finale des Conoidea, à l’analyse des transcriptomes séquencés et des résultats de metabarcoding des contenus stomacaux. Au niveau spécifique, l’approche appliquée au complexe Xenuroturris sera appliquée à d’autres complexes d’espèces, notamment chez les Turridae.
De plus, l’identification de nouvelles lignées, que ce soit au niveau spécifique ou à des rangs taxonomiques supérieurs (genres, familles), elles-mêmes produisant de nouvelles toxines, fournira potentiellement des pistes pour l’identification de nouvelles applications thérapeutiques.

Plusieurs articles scientifiques liés aux projets CONOTAX ont déjà été publiés. Ils concernent soit :
- des résultats liés à la taxonomie du groupe, avec la description d’une vingtaine espèces nouvelles de Conoidea (dans 9 articles différents) et d’

De longue date les organismes venimeux ont attiré l’attention des biologistes, fascination justifiée non seulement par le danger qu’ils représentent pour l’Homme, mais également par la place particulière qu’ils occupent dans les écosystèmes. Et ce n’est pas la découverte relativement récente que les toxines qu’ils produisent peuvent être utilisées comme médicaments qui a ralenti cet engouement. Parmi ceux-là, les Conoidea, un groupe de gastéropodes venimeux très diversifié, restent pour la plupart mal connus. La majorité des études sur ces organismes, essentiellement taxonomiques ou biochimiques, se concentre sur un groupe au sein des Conoidea, les cônes. Comprendre comment ces organismes ont pu se diversifier à un tel rythme, témoignant d’un succès évolutif unique chez les mollusques marins, nécessite que nous améliorions notre connaissance du groupe. De plus, la plupart des Conoidea n’ayant jamais été étudié, l’identification de nouvelles espèces ira de paire avec la découverte de nouvelles toxines, présentant potentiellement de nouvelles applications thérapeutiques.
L’objectif du projet CONOTAX est de comprendre le rôle de différents facteurs dans la diversification des Conoidea, utilisé comme groupe modèle pour tester des hypothèses sur les processus qui en sont à l’origine. Parce qu’il est généralement admis que l’acquisition d’un système venimeux élaboré constitue la principale cause du succès évolutif des Conoidea, l’accent sera mis sur la collecte de données sur les diversités des espèces, des toxines et des proies à partir desquelles des hypothèses relatives à l’évolution des Conoidea seront proposées. Dans une première étape, le projet se concentrera sur la définition de nouvelles espèces. La plupart des espèces de Conoidea étant pour l’instant inconnue (4500 espèces décrites pour un total estimé de 10 à 20000 espèces), l’analyse d’échantillons collectés récemment garantie la découverte de nouvelles espèces. La phylogénie moléculaire actuellement disponible sera mise à jour. Dans une seconde étape, les toxines de plusieurs complexes d’espèces seront séquencées et analysées dans un contexte phylogénétique pour estimer la variabilité de la fonction venimeuse des Conoidea. Ce type d’analyse s’intègre dans une approche de "concerted discovery" où les outils phylogénétiques facilitent l’identification des nouvelles toxines, point de départ du processus conduisant au développement de nouveaux composés pharmaceutiques. Dans une troisième étape, la diversité des proies de plusieurs Conoidea sera estimée en appliquant à la fois une approche de metabarcoding des contenus stomacaux et une analyse des isotopes stables pour détecter des différences de régimes alimentaires entre espèces proches.
Les données acquises sur la diversité des espèces, des toxines et des proies permettront de tester des hypothèses à deux niveaux. Tout d’abord, à l’échelle micro-évolutive, plusieurs complexes d’espèces seront analysés pour analyser les processus de spéciation, l’hypothèse principale étant qu’un événement de spéciation peut être lié à un changement de proies et à une modification de la fonction venimeuse. Ensuite, à l’échelle macro-évolutive, les variations temporelles et spatiales (entre lignées) des taux de diversification seront estimées à partir d’une phylogénie moléculaire datée. Des corrélations éventuelles entre ces changements de taux de diversification et les différents paramètres et caractères disponibles (anatomie, morphologie, écologie, venins,…) seront testées.
Le projet CONOTAX est un projet multidisciplinaire, où approches taxonomiques et transcriptomiques se combinent et se complètent, la première fournissant le cadre conceptuel et les outils qui permettent d’analyser l’évolution des toxines et d’identifier des nouvelles lignées, la seconde permettant l’acquisition de données dont l’étude fournira les clés pour comprendre comment un groupe de mollusques marins a pu connaître un tel succès évolutif.

Coordinateur du projet

Muséum National d'Histoire Naturelle (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Muséum National d'Histoire Naturelle

Aide de l'ANR 244 309 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2014 - 48 Mois

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