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La déshydratation extrême d’un insecte rendue possible grâce aux gènes

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Des chercheurs ont séquencé le génome de l'insecte diptère Polypedilum vanderplanki capable de survivre en perdant 97 % de son eau. Des gènes spécifiques à cette espèce ont été identifiés.

Comparaison de P. vanderplanki (a), seul insecte dont la larve est capable d’anhydrobiose avec une espèce proche, P. nubifer (b). La barre représente 2 mm. © Gusev et al 2014, Nature Communications

L'anhydrobiose est une adaptation extrême de l'organisme dans laquelle un animal peut vivre en absence d'eau. Les organismes qui en sont capables ont une longévité surprenante, certaines espèces ont pu survivre à des dizaines voire des milliers d'années sous une forme sèche ! L'anhydrobiose est adaptée à certaines conditions extrêmes : températures maximales de + 90 °C et minimales de -270 °C, dans le vide, avec des doses élevées de radiations... Des conditions mortelles pour la plupart des êtres vivants.

L'animal le plus gros et complexe capable d'anhydrobiose est la larve de l'insecte Polypedilum vanderplanki, laquelle vit encore en perdant jusqu'à 97 % de son eau. Celui retrouvé au nord du Nigeria vit dans un environnement où la saison sèche dure au moins 6 mois et jusqu'à 8 mois. Quand les larves se développent, les flaques d'eau dans lesquelles elles ont grandi s'assèchent. Les larves sèches survivent à l'état déshydraté pendant plus de 17 ans.

Dans un article paru dans Nature Communications, des scientifiques du Japon, de Russie et des États-Unis présentent une analyse des gènes de P. vanderplanki. Les chercheurs ont comparé son génome avec celui de Polypedilum nubifer, une espèce proche. L'objectif était d'identifier les gènes spécifiques à P. vanderplanki, absents chez P. nubifer et d'autres insectes connus (drosophile, moustiques...).

Arbre phylogénétique construit par comparaison des séquences de la cytochrome oxydase I. MYA = millions d’années. © Gusev et al 2014, Nature Communications.

Des clusters de gènes spécifiques à P. vanderplanki

Grâce à l'analyse génétique, les chercheurs ont identifié des caractères impliqués dans la tolérance à la dessiccation. De nombreux gènes de P. vanderplanki sont exclusifs à son génome. Ils ne semblent pas hérités d'un ancêtre commun, car ils ne sont pas partagés avec des espèces proches. Ces séquences génétiques exclusives se trouvent dans des clusters de gènes appelés ARIds (Anhydrobiotic Related gene Islands).

Comme la déshydratation extrême des larves endommage l'ADN, celles-ci doivent le réparer après la réhydratation. Les dommages à l’ADN pourraient augmenter la fréquence des réarrangements dans le génome, et les cycles d'anhydrobiose favoriseraient le transfert horizontal de gènes. Ceci permettrait donc l'acquisition de caractères nouveaux : les protéines protectrices proviennent probablement d'un transfert horizontal de gènes. Un événement important dans l'évolution de P. vanderplanki a été l'acquisition des voies de régulation qui contrôlent l'expression des gènes des régions ARIds. L'habitat de P. vanderplanki, à savoir des rochers isolés, sa faible capacité à voler et la forte pression de sélection en raison de la longue saison sèche ont favorisé ces évolutions de l'espèce.

Cette recherche permet d'envisager des applications, car les gènes découverts pourraient améliorer la façon dont sont conservés les spécimens et échantillons biologiques. Le transport d'échantillons biologiques sensibles entre laboratoires serait ainsi simplifié et moins coûteux à l'état déshydraté.

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