Quelle est l’espèce la plus diversifiée sur le plan génétique?

Quelle est l’espèce la plus diversifiée sur le plan génétique? Un papillon qui se décline en 20 couleurs? Une bactérie qui se divise toutes les 20 minutes, accumulant des gènes mutations le long du chemin?

Il s’avère que le détenteur du record actuel est peut-être un champignon qui vit sur du bois pourri. le Lynx, à l’extrémité opposée du spectre, a une très faible diversité génétique. C’est une mauvaise nouvelle pour le lynx, car avoir une grande diversité génétique est avantageux – cela permet essentiellement aux organismes de s’adapter aux changements de leur environnement.

Donc qu’est-ce génétique diversité, et comment les espèces en tirent-elles beaucoup?

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Essentiellement, la diversité génétique est une mesure de la fréquence à laquelle deux bits de ADN du même emplacement génomique diffèrent les uns des autres au sein d’une population, a déclaré Asher Cutter, professeur au Département d’écologie et de biologie évolutive de l’Université de Toronto, à 45Secondes.fr. L’ADN est composé de bases – représentées par les lettres A, T, C et G – qui, avec leur squelette, sont appelées nucléotides. La diversité génétique peut être exprimée sous forme de diversité nucléotidique ou de pourcentage de positions dans le génome où l’on s’attend à ce que deux individus d’une espèce donnée aient des bases d’ADN différentes.

Le champignon maillant fendu (Commune de Schizophyllum) a une diversité de nucléotides allant jusqu’à 20%, selon une étude de 2015 publiée dans la revue Biologie moléculaire et évolution. Selon l’étude, c’est la plus grande diversité génétique signalée pour tout eucaryote, ou organisme dont les cellules ont un noyau. En d’autres termes, deux champignons différents auront des bases d’ADN différentes à environ 20 positions sur 100 dans leurs génomes. C’est plus élevé que la diversité génétique de l’ancien détenteur du record, le ver rond Caenorhabditis brenneri, qui aurait une diversité de nucléotides de 14,1%, selon une étude de 2013 que Cutter et ses collègues ont publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences. Ces espèces sont considérées comme génétiquement hyperdiverses, définies comme ayant une diversité nucléotidique supérieure à 5%. La plupart des plantes et des animaux ont une diversité de nucléotides inférieure à cette valeur. À titre de comparaison, les humains ont une diversité de nucléotides d’environ 0,1%, a déclaré Cutter.

Les bactéries et virus ont tendance à avoir une diversité génétique très élevée, a déclaré Cutter. Mais il est difficile de faire une comparaison pommes à pommes de la diversité génétique entre les bactéries et les virus d’une part, et les eucaryotes d’autre part, car les espèces sont définies différemment dans ces catégories, a déclaré Cutter. Par souci de simplicité, nous limiterons cette discussion à la diversité génétique chez les eucaryotes, qui comprend tous les animaux, plantes et champignons au Terre.

Les facteurs clés qui influencent la diversité génétique d’une espèce sont son taux de mutation, la taille de la population et la stabilité de la population, a déclaré Cutter. La diversité génétique résulte de la mutation, de sorte que plus le taux de mutation est élevé et plus une espèce acquiert de mutations, plus sa diversité génétique sera grande, a-t-il déclaré. De même, plus la population est grande, plus il y a de copies d’un génome disponibles pour accumuler les mutations qui créent la diversité génétique, a noté Cutter. Inversement, plus la population est petite, plus la diversité génétique est susceptible d’être faible. Les chercheurs qui étudient la diversité génétique se concentrent sur le nombre d’individus d’une population qui se reproduisent et donc transmettent du matériel génétique. Ce nombre est appelé la taille effective de la population. Bien que proportionnelle à la taille totale de la population, la taille effective de la population peut être beaucoup plus petite, a déclaré Cutter.

Si une population traverse un goulot d’étranglement, ou un événement qui élimine une grande partie d’une population, passe du temps en tant que groupe plus petit puis rebondit, la diversité génétique de la population résultante sera plus faible, a-t-il ajouté. C’est arrivé au bison européen moderne (Bison bonasus), qui a failli disparaître pendant la Première Guerre mondiale, alors qu’il ne restait que 12 individus à l’état sauvage, 45Secondes.fr précédemment rapporté.

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Grande diversité

Le champignon maillant fendu avec une diversité génétique extrêmement élevée se trouve sur tous les continents, mais Antarctique, ce qui lui confère une taille effective de population très élevée – de l’ordre de millions. Le champignon a également un taux de mutation inhabituellement élevé, selon l’article de 2015 – environ 10 fois celui de la mouche des fruits Drosophila melanogaster. Les deux facteurs contribuent probablement à la grande diversité génétique du champignon, ont écrit les auteurs dans leur article.

Une grande taille effective de population – également en millions – explique probablement l’hyperdiversité du nématode C. brenneri, Cutter ajouté. « Cette espèce se trouve dans les régions tropicales du monde, où [the worms] mangent des bactéries dans les fruits en décomposition et la végétation en décomposition, une ressource alimentaire incroyablement abondante qui est disponible pendant une grande partie de l’année », a déclaré Cutter. Ils sont également minuscules – environ 0,04 pouce (1 millimètre) de long – ce qui signifie que de nombreux vers peuvent vivre dans un petit espace. « Nous pensons qu’en raison de [those factors], ils peuvent atteindre des tailles de population vraiment énormes, et c’est ce qui leur permet d’avoir une si grande diversité génétique », a déclaré Cutter.

La diversité génétique est importante car elle permet aux espèces de s’adapter aux changements de leur environnement, a déclaré Cutter. «Si une espèce a une très faible diversité génétique, il n’y a pas de matière première sur laquelle évoluer», a-t-il ajouté. Si une maladie survient et tue les organismes en ciblant une version d’un gène, et c’est la seule version de l’espèce, la maladie pourrait anéantir toute l’espèce. En revanche, si l’espèce présente une variation génétique au sein du gène, peut-être qu’une version de celui-ci permettra à un individu de résister à la maladie, sauvant l’espèce.

Faible diversité

Un animal confronté à de tels risques est le lynx. Le lynx ibérique (Lynx pardinus) a une diversité de nucléotides de seulement 0,026% – l’une des plus faibles de toutes les espèces, selon José Godoy, écologiste moléculaire et généticien de la conservation qui étudie la génomique des populations de lynx à la station biologique de Doñana du Conseil national espagnol de la recherche. L’une des raisons pour lesquelles le lynx ibérique a si peu de variation génétique est qu’il a subi une série de goulots d’étranglement de population au cours des derniers siècles qui ont maintenu sa taille effective de population en dessous de 300, a déclaré Godoy. Sa population effective a atteint un minimum de 30 à la fin du 20e siècle, a déclaré Godoy à 45Secondes.fr. Lorsqu’une population diminue, les mutations qui traversent le goulot d’étranglement, y compris les mutations nuisibles, peuvent avoir un impact relativement plus important à l’échelle de la population, car la population globale est plus petite. Par exemple, 10 mutations nuisibles sur une population de 1 000 individus auront moins d’impact que 10 mutations nuisibles sur une population de 100. En conséquence, << une faible diversité génétique résultant de récents goulots d'étranglement s'accompagne également de l'accumulation de variation, ce qui réduira la forme physique globale », a déclaré Godoy.

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La faible diversité génétique du lynx ibérique peut expliquer son faible rendement reproductif et sa forte incidence de maladies, qui sont probablement génétiques, a-t-il déclaré. L’espèce en voie de disparition fait face à des menaces telles que la chasse, la perte d’habitat (liée à la fois changement climatique et le développement humain) et la perte de ses proies (lapins) aux maladies, selon le Liste rouge de l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN). Le lynx eurasien a également une faible diversité génétique, selon Godoy.

Au-delà des menaces auxquelles il est confronté, le lynx a des populations relativement faibles pour une autre raison: il est au sommet de la chaîne alimentaire. Pour avoir suffisamment de nourriture, les grands prédateurs apex doivent avoir des populations plus petites que les animaux plus petits qu’ils mangent. « Les faibles abondances de carnivores, en particulier les carnivores de type solitaire comme le lynx, les conduiraient à avoir une très faible diversité génétique », a déclaré Cutter. « Vous voyez un genre de chose similaire dans le guépard», at-il ajouté. Ce gros chat a un très faible diversité génétique de 0,02%.

Bien que la diversité génétique des humains d’environ 0,1% soit beaucoup plus élevée que celle du lynx, elle est « assez faible quand on pense au fait qu’il y a plusieurs milliards d’humains sur cette planète », a déclaré Cutter. « Et la raison en est que nous n’avons eu que des milliards d’humains, pendant une période de temps relativement courte », a-t-il ajouté. « Il faut du temps pour que les mutations se développent dans une population à mesure qu’elle grandit pour créer une diversité génétique. »

La taille effective de la population humaine dans l’histoire récente a été estimée à environ 100 000, mais l’estimation à long terme de la taille de la population humaine est d’un ordre de grandeur inférieur, à environ 10 000, a déclaré Cutter. La taille effective de notre population n’est pas de plusieurs millions, comme le champignon des branchies fendues, mais elle est beaucoup plus élevée que celle du lynx ibérique. Si les humains maintenaient notre vaste population pendant des milliers d’années de plus, a déclaré Cutter, il s’attendrait à ce que notre diversité génétique augmente en conséquence.

Article original sur 45Secondes.fr.