Les conséquences de l'évolution d'un supergène – Supergene

Le projet Supergène utilise une gamme d’approches pour explorer les inversions chromosomiques et leur impact sur l'évolution.

1. séquençage des génomes des espèces étudiées grâce à des technologies de séquençage de nouvelle génération permet une analyse rapide et précise des variations génétiques. Le developpement d’outils informatiques avancés sont nécessaires pour détecter, et analyser, les inversions chromosomiques, et pour génotyper ces variations à partir de divers jeux de données de séquençage.

2. En parallèle, des modèles mathématiques et des simulations informatiques sont utilisées pour comprendre les conditions sous lesquelles ces inversions se maintiennent et influencent les traits complexes des organismes. Des études de terrain et des expériences de laboratoire sont menées pour associer les variations génétiques observées aux adaptations phénotypiques, telles que les comportements ou les différents éléments colorés.

3. Enfin les recherches examinent les conséquences écologiques et génomiques de ces inversions sur l’ensemble de la variation génétique, sur la structuration des populations

Structure du génome

Les chercheurs ont utilisé des technologies avancées pour analyser les génomes de papillons. Ils ont identifié des segments « inversés » de chromosomes qui peuvent se réorganiser et influencent la couleur des ailes.

Identification des gènes impliqués dans la formation des phénotypes

Les chercheurs ont découvert que trois inversions chromosomiques P1, P2 et P3 sont associées à des variations de couleur des ailes chez les papillons. Ils ont confirmé l'implication de gènes connus et découvert de nouveaux gènes de coloration avec des fonctions jusqu'alors inconnues.

Annotation et expression des gènes

L'étude a inclus la description des gènes et autres éléments génétiques, ainsi que l'analyse des points de rupture des inversions, pour comprendre leur impact sur la fonction des gènes. La plupart des gènes du supergène sont bien exprimés lors du développement des ailes chez la chenille, mais des changements importants d'expression ont été observés entre les différents variants du supergène.

Dominance.

Dans la région du supergène, les hétérozygotes montrent une expression de ces gènes similaire à celle des homozygotes. Le gène appelé cortex est identifié comme un acteur important du la variation de coloration, mais n’explique pas tout. D'autres gènes jouent également un rôle.

Évolution et conséquences écologiques

Les recherches ont montré une suppression de la recombinaison autour des mutations participant à l’expression de différents éléments de coloration, sur l’aile. Cependant l'évolution des inversions semble liée à l'accumulation d'éléments transposables et à des mutations délétères, qui se reflètent dans un avantage significatif pour les hétérozygotes , et au contraire, une très faible survie larvaire des homozygotes.

Hétérogamie et modélisation

Des modèles mathématiques ont été utilisés pour analyser les conditions de l'évolution de préférences sexuelles hétérogames, montrant que ces dernières peuvent évoluer en réponse aux mutations délétères associées.

Études comportementales et signaux de choix de partenaire

Les tests comportementaux en captivité ont révélé une forte préférence hétérogame associée aux inversions, influencée par des signaux olfactifs et visuels. Des manipulations des odeurs ont montré que ces signaux olfactifs jouent un rôle crucial en interaction avec les signaux visuels.

Conséquences démographiques et structuration géographique

Les simulations génomiques et les tests démogénétiques ont montré que les inversions peuvent favoriser le brassage génétique à grande échelle, inhibant ainsi la différenciation populationnelle.

En conclusion, le projet Supergene a permis de mieux comprendre comment les supergènes et les inversions chromosomiques jouent un rôle crucial dans l'évolution et l'adaptation des espèces, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles perspectives en génétique évolutive.

Le projet Supergene a ouvert de nombreuses perspectives dans notre compréhension de l'évolution et de l'adaptation des traits complexes. Parmi les perspectives on peut suggérer :

1. En analysant les séquences génomiques et leur histoire, on peut essayer de comprendre pourquoi les supergènes sont des segments génétiques complexes souvent composés de plusieurs inversions adjacentes ou imbriquées.

2. La poursuite du développement de méthodes pour détecter et analyser les réarrangements chromosomiques permettra d'améliorer notre capacité à étudier les génomes chez une grande diversité d’espèces, et donc de mieux en mesurer les conséquences.

3. Nous devons déterminer pourquoi certains polymorphismes d'inversion se stabilisent dans les populations alors que d'autres disparaissent. Cela implique de tester différents modèles de sélection naturelle et de dérive génétique pour comprendre les conditions qui favorisent la stabilité des inversions.

4. Une question plus précise est de comprendre pourquoi certaines combinaisons génétiques montrent une meilleure survie alors que d’autres ont une survie réduite. Quelles sont les mutations impliquées, et comment se compensent-elles (ou pas) dans leur effets ?

De nombreuses études récentes montrent l’importance des inversions au sein des génomes. Cependant, la contribution de ces réarrangements chromosomiques à l’évolution de traits adaptatifs reste encore très mal connue, ainsi que les conséquences du maintien de polymorphisme d’inversion sur la dynamique des populations. Un supergène est un locus d'effet majeur, composé de différents gènes en liaison étroite et hérités comme un seul locus Mendelien, et qui contrôle des polymorphismes complexes nécessitant la co-variation des caractères. En utilisant le supergène P connu pour contrôler le mimétisme chez le papillon polymorphe H. numata, commun dans tout le bassin Amazonien, nous étudierons l’évolution des inversions impliquées dans un polymorphisme adaptatif et leurs conséquences sur la biologie des populations. Le mimétisme est la ressemblance protectrice qui évolue entre des proies toxiques, et les papillons mimétiques bénéficient d’une protection contre les prédateurs lorsqu’ils portent sur leurs ailes les mêmes motifs colorés que les papillons toxiques locaux. L’espèce H. numata porte plusieurs colorations mimétiques, contrôlées par un supergène associé à un polymorphisme d’inversions. Cette espèce représente une opportunité unique pour démêler les effets de l’architecture génétique en supergène et des variations écologiques sur l’évolution du génome et sur la biologie des populations: en effet, le paysage adaptatif associé au mimétisme peut être prédit par les variations géographiques des communautés de papillons, et par ailleurs nous disposons de populations avec et sans polymorphisme d’inversion. Dans ce projet, nous nous concentrerons sur 3 questions principales : (1) Quelles sont les caractéristiques des inversions associées à un polymorphisme adaptatif, comparées aux autres inversions présentes dans le génome? (2) Quelles sont les forces évolutives impliquées dans le maintien du polymorphisme d’inversion et plus particulièrement, quelle sont les contributions du système de reproduction et des mutations délétères associées aux inversions? et (3) Quelles sont les conséquences du polymorphisme d’inversion sur l’évolution des populations du point de vue génomique et écologique ? En combinant des approches théoriques, expérimentales et bio-informatique, et en réunissant les compétences de laboratoires CNRS et INRIA à Montpellier, Rennes et Paris, nous proposerons des conclusions générales sur le rôle des inversions dans l’évolution de traits adaptatifs complexes et dans la biologie des populations.