Les fourmis hybrides évoluent rapidement pour éliminer les gènes délétères

Malgré l’existence de nombreux mécanismes qui empêchent la reproduction entre deux espèces différentes dans la nature, l’hybridation est un phénomène répandu qui a façonné le génome de nombreuses espèces actuelles, y compris les humains. Lorsque les génomes de deux espèces différentes sont combinés grâce à une reproduction réussie, cela constitue une source de nouveautés génétiques qui peuvent s’avérer cruciales pour aider les populations à s’adapter à des environnements changeants. Comprendre l’évolution des génomes hybrides est donc important car cela peut faire la lumière sur la manière dont les barrières entre espèces s’établissent, sur les coûts et les avantages de l’hybridation, ainsi que sur la fonction des gènes et leurs interactions.

Des chercheurs de l’Université d’Helsinki savaient que deux espèces de fourmis des bois, Formica aquilonia et F. polyctène se sont reproduits et ont formé des populations d’hybrides dans plusieurs endroits différents en Finlande. Les chercheurs ont profité de ces populations hybrides connues pour mesurer la rapidité et la prévisibilité de l’évolution des génomes dans la nature, une fois l’hybridation effectuée. Dans ce cas, la prévisibilité s’applique au résultat génétique après l’hybridation et à la question de savoir si, si l’on pouvait refaire la même hybridation, les résultats génétiques seraient similaires.

Les scientifiques ont collecté 39 fourmis de trois populations hybrides différentes dans les forêts du sud de la Finlande, à proximité de la station zoologique de Tvärminne. Ils ont ensuite généré des séquences d’ADN du génome entier de ces individus et les ont comparées aux génomes de 10 fourmis individuelles des deux espèces parentales, trouvées à l’intérieur et à l’extérieur des aires de répartition où les hybrides et les espèces parentales se chevauchent. Pour ce faire, ils ont collaboré avec des scientifiques écossais et portugais et ont utilisé des superordinateurs du centre informatique finlandais pour la science (CSC). Au total, les chercheurs ont analysé environ 1,6 million de polymorphismes mononucléotidiques répartis dans le génome des fourmis.

Les résultats, publiés dans la revue Biologie PLOS, ont montré que, pour les trois populations hybrides différentes, l’hybridation entre les deux espèces de fourmis s’est produite il y a seulement 125 ans environ, ce qui équivaut à 50 générations de fourmis. Après hybridation, les trois populations hybrides distinctes ont évolué indépendamment vers le même résultat génétique. Cela signifie qu’aujourd’hui, les génomes des fourmis des populations hybrides sont remarquablement similaires les uns aux autres en termes de composition génétique, même s’ils étaient initialement différents au moment de l’hybridation.

Pour expliquer cette découverte inattendue, les chercheurs ont recherché des preuves de flux génétiques entre les populations hybrides et entre les hybrides et les espèces parentales. Ils n’ont trouvé aucune preuve de flux génétique et ont conclu que d’autres mécanismes devaient être impliqués pour expliquer cette évolution plutôt rapide des trois populations hybrides vers un génome similaire. Ils suggèrent que la sélection naturelle contre les gènes délétères chez les espèces hybrides ayant la taille de population effective la plus faible (et probablement une charge plus élevée d’allèles désavantageux) pourrait expliquer comment les populations hybrides sont devenues génétiquement similaires en si peu de temps.

Lorsqu’on lui a demandé si ces résultats représentaient un petit pas ou un pas de géant dans les connaissances, le chercheur Pierre Nouhaud, de la Faculté des sciences biologiques et environnementales de l’Université d’Helsinki, a répondu : « Un peu des deux ! Les fourmis des bois finlandaises donnent la possibilité d’observer de multiples événements d’hybridation très récents, et le degré de prévisibilité que nous avons trouvé, malgré cette récence, est remarquablement élevé, ce qui est assez nouveau. En attendant, notre étude confirme également les résultats antérieurs obtenus chez une poignée d’espèces, y compris les humains, suggérant que les modèles que nous observons chez les fourmis des bois sont assez généraux.

« A l’échelle du temps évolutif, nous avons affaire à des événements récents, moins de 50 générations de fourmis, qui ont eu très peu de temps pour laisser leurs empreintes dans les séquences d’ADN », ajoute Nouhaud. « Cela signifie qu’il peut être difficile de faire la distinction entre des hypothèses concurrentes. Dans notre étude, nous avons effectué des simulations informatiques en considérant différents scénarios d’évolution pour prendre en compte cette incertitude et garantir la robustesse de nos résultats.

Les chercheurs soulignent que les génomes hybrides fournissent des informations puissantes sur l’évolution car ils sont exposés à des forces sélectives fortes, et souvent opposées. De cette manière, l’évolution a façonné les génomes hybrides de manière prévisible, de sorte que les génomes des différentes populations hybrides sont désormais similaires. Cela indique que les pressions sélectives étaient similaires pour chaque population hybride, ce qui a conduit à l’élimination des gènes délétères des génomes.

« Comme l’hybridation est également fréquente chez de nombreuses autres espèces que les fourmis, nos résultats pourraient aider à comprendre ses conséquences de manière plus générale », conclut la professeure Jonna Kulmuni, de la Faculté des sciences biologiques et environnementales de l’Université d’Helsinki. « À long terme, nos travaux permettraient de mieux appréhender l’impact de l’hybridation dans la nature et d’évaluer si elle pourrait aider les espèces à faire face aux changements environnementaux », explique-t-elle.

Ensuite, le groupe de recherche sur les fourmis surveillera la composition génétique des populations hybrides sur plusieurs années pour trouver des preuves d’adaptation et tester si les hybrides peuvent combiner les plages de température des deux espèces, ce qui pourrait aider les fourmis des bois à faire face au réchauffement climatique. Selon Nouhaud, cela pourrait être très important car les fourmis des bois sont des espèces clés des forêts boréales : elles fournissent de la nourriture à de nombreuses espèces, contribuent au cycle des nutriments et chassent de nombreux autres insectes. Sans eux, les forêts finlandaises seraient certainement très différentes.

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Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur