Des transposons semblables à des virus font la guerre à la barrière des espèces
Transposons et virus, le creuset de la nature ?
Les scientifiques savent depuis des décennies que les gènes peuvent être transférés d'une espèce à l'autre, tant chez les animaux que chez les plantes. Toutefois, le mécanisme par lequel cet événement improbable se produit restait inconnu. Aujourd'hui, des chercheurs du laboratoire d'Alejandro Burga, de l'Institut de biotechnologie moléculaire (IMBA) de l'Académie autrichienne des sciences, ont identifié un vecteur de transfert horizontal de gènes (HGT) chez les vers. Ces résultats, publiés le 29 juin dans Science, pourraient conduire à la découverte d'autres vecteurs de transfert horizontal de gènes chez les eucaryotes et pourraient trouver des applications dans la lutte contre les agents pathogènes.
Une particule de type virus Maverick comme vecteur de transfert horizontal de gènes (HGT).
©IMBA-IMP Graphics
Les poissons vivant dans les océans Arctique et Antarctique ont développé des stratégies ingénieuses pour éviter que leur sang et leurs tissus ne gèlent dans les eaux polaires inhospitalières. L'une de ces stratégies d'adaptation est l'évolution des gènes qui produisent des protéines antigel. Cependant, il y a plus de dix ans, les scientifiques ont été stupéfaits de découvrir que le hareng et l'éperlan - deux espèces complètement différentes - avaient exactement la même protéine antigel codée dans leur génome, ce qui indique un transfert de gènes entre eux. De tels exemples soulèvent la question suivante : comment des gènes peuvent-ils "sauter" entre des espèces complètement différentes ? Ce phénomène rare, connu sous le nom de transfert horizontal de gènes (HGT), intrigue depuis longtemps les biologistes de l'évolution. Et bien que de nouveaux cas de HGT aient été découverts dans toutes les branches de la vie au fil des ans, les mécanismes responsables de ces transferts sont restés largement inconnus.
Aujourd'hui, les scientifiques du groupe d'Alejandro Burga à l'IMBA ont non seulement pris en flagrant délit un événement HGT dans le règne animal, mais ils ont également identifié l'un de ses vecteurs longtemps recherchés. Grâce à un travail de détective génétique, Burga et son équipe ont mis en évidence un phénomène de transfert de matériel génétique entre deux espèces de vers isolées sur le plan de la reproduction, qui sont génétiquement aussi différentes l'une de l'autre que l'homme l'est du poisson. Plus important encore, ils ont pu en identifier la cause : une famille de transposons semblables à des virus, appelés Mavericks.
Trouver le coupable : les Mavericks, vecteurs de l'hétérogénéité génétique
"Les Mavericks étaient déjà connus en tant que classe de transposons, mais nos travaux les relient pour la première fois au transfert de matériel génétique", explique Alejandro Burga, chef du groupe de l'IMBA et auteur correspondant de l'étude. "Nous savions que le transfert de matériel génétique avait lieu entre les espèces animales, mais nous n'avions aucune idée de la manière dont il s'effectuait. C'est la première fois que nous avons pu mettre le doigt sur un coupable", ajoute Sonya Widen, postdoctorante dans le laboratoire d'Alejandro Burga.
Lorsque les Mavericks ont été découverts au milieu des années 2000, on a d'abord pensé qu'il s'agissait de grands transposons, des éléments génétiques égoïstes qui sautent et s'autopropagent dans le génome aux dépens de leur hôte. Les mavericks ont rapidement été signalés dans la plupart des branches des eucaryotes, y compris chez l'homme, ce qui a permis d'établir qu'ils étaient apparus il y a longtemps.
Transposons et virus, le creuset de la nature ?
Rapidement, des preuves que les Mavericks contenaient des gènes codant pour des éléments viraux, tels qu'une capside et une ADN polymérase, ont commencé à faire surface. "L'évolution des transposons et des virus est étroitement liée", explique Burga. Cependant, la capside et l'ADN polymérase ne suffisent pas à permettre à un transposon de quitter le génome de son hôte et d'infecter les cellules d'un hôte complètement différent. Les chercheurs de l'IMBA ont trouvé le chaînon manquant : Les génomes des vers ont acquis une protéine dite fusogène, une protéine transmembranaire qui assure la médiation de la fusion membranaire entre différentes cellules. En acquérant une fusogène, les auteurs supposent que les vers Mavericks sont devenus capables de former des particules semblables à des virus qui peuvent fusionner avec les membranes cellulaires d'un autre organisme et l'infecter. "À notre connaissance, aucun fusogène n'a été signalé chez les Mavericks auparavant. Nous pensons donc que les vers Mavericks pourraient avoir emprunté leur séquence à un virus", explique M. Widen. "Les transposons et les virus peuvent être considérés comme le creuset de la nature. Leur union peut avoir des répercussions imprévisibles et conduire à des innovations génomiques", explique Burga.
Démonstration de l'importance de l'HGT chez les vers
Dans la présente étude, l'équipe de l'IMBA dirigée par Alejandro Burga et les coauteurs Sonya Widen et Israel Campo Bes, un ancien étudiant en maîtrise du laboratoire de Burga, ont découvert l'HGT "totalement par hasard", comme le dit Widen. En fait, l'équipe étudiait l'origine évolutive d'un élément égoïste chez le nématode Caenorhabditis briggsae. En faisant un travail de détective, ils ont pu remonter la séquence de ce gène égoïste jusqu'à un autre nématode, C. plicata, qui en possédait une copie presque identique. Cette découverte est surprenante, car C. briggsae et C. plicata sont deux espèces isolées sur le plan de la reproduction. "Leurs génomes sont aussi divergents que ceux de l'homme et du poisson, et pourtant ils possèdent tous deux un gène presque identique qui présente clairement les caractéristiques d'un événement HGT récent au cours de l'évolution", explique Campo Bes. "En examinant attentivement le génome de C. plicata, nous avons découvert que la séquence ancestrale qui a donné naissance au gène égoïste chez C. briggsae était intégrée dans un Maverick chez C. plicata. Le fait que ce gène nouvellement introduit ait ensuite évolué en un nouveau gène égoïste chez C. briggsae démontre l'impact du transfert de matériel génétique sur l'évolution du génome", explique M. Widen. L'équipe de l'IMBA a ensuite montré que les Mavericks sont responsables de dizaines d'événements indépendants de transfert de matériel génétique entre des espèces de vers appartenant à des genres différents et présentes dans le monde entier.
Importance pour l'agriculture et la médecine
Les scientifiques de l'IMBA soutiennent que l'union entre les transposons et les virus est un facteur clé dans la médiation du transfert de matériel génétique. Bien qu'ils aient encore du mal à croire à leur succès, ils reconnaissent l'impact que leurs découvertes pourraient avoir sur la levée des mystères de l'HGT. "J'étais convaincu que nous étions en présence d'un cas d'HGT lorsque nous avons vu ces résultats pour la première fois en laboratoire, mais j'étais également certain que nous ne découvririons jamais comment cela s'était produit. Pourtant, les étoiles se sont alignées", explique Burga, qui prédit également que Mavericks et d'autres éléments transposables similaires à des virus pourraient servir de médiateurs à l'HGT chez les vertébrés et d'autres eucaryotes. Enfin, l'équipe prévoit des applications possibles en laboratoire et comme mesures de lutte contre les espèces de vers parasites : "S'il s'avère que l'HGT médiée par Maverick est largement applicable à toutes les espèces de nématodes, elle pourrait devenir une ressource inestimable. Au-delà des strictes applications de laboratoire et de recherche telles que la manipulation génétique de nématodes non modèles, une telle ressource pourrait nous permettre, à l'avenir, de modifier génétiquement des espèces de nématodes parasites susceptibles de présenter un intérêt agricole ou médical", conclut M. Burga.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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