En bref (Août 2013, partie II) – microbiome et spéciation, et encore plus de virus

Sélection du mois, deuxième partie:
bactéries et évolution des espèces, ou comment le microbiote peut influencer l’évolution des espèces en contribuant à la mortalité des descendants issus du croisement de deux espèces,
nouveaux genres de phages marins, ou comment l’analyse d’une bactérie aquatique a permis la découverte de douze nouveaux groupes de virus infectant des bactéries.

  • Bactéries et évolution des espèces

Ces temps-ci, le microbiome (l’ensemble des bactéries vivant par exemple dans l’intestin ou sur la peau, et leurs gènes) suscite beaucoup d’attention. Cependant, alors qu’il est beaucoup étudié par rapport à son influence sur la santé (par exemple comment il interagit avec le système immunitaire), la manière dont il évolue avec son hôte reste très peu connue. Deux chercheurs américains, intéressés par la possibilité que le microbiote puisse contribuer à l’évolution des espèces qu’il colonise, ont examiné le rôle du microbiome dans la mortalité des descendants hybrides issus du croisement de deux espèces de guêpes (des organismes relativement proches sont considérés comme des espèces distinctes s’ils ne peuvent produire des descendants viables et fertiles). Leurs résultats ont été publiés dans le journal Science en août.

Brucker et Bordenstein ont utilisé deux espèces de guêpes parasites du genre Nasonia qui ont divergé il y a environ un million d’années, appelées N. vitripennis et N. giraulti. Lorsque les individus de ces deux espèces sont croisés, environ 90% des hybrides F2 mâles meurent au cours du développement larvaire (voir le schéma pour visualiser F1 et F2). En revanche, le croisement des deux espèces de guêpes N. giraulti et N. longicornis, qui se sont différenciées plus récemment, il y a environ 400 000 ans, n’entraîne qu’environ 8% de mortalité chez les hybrides F2.

F1 and F2Lorsque les chercheurs ont examiné les espèces bactériennes composant le microbiote des hybrides N. vitripennis et N. giraulti, ils ont observé qu’elles différaient à la fois en abondance et en diversité des espèces présentes dans les microbiotes parentaux. Pour tester si le microbiome était effectivement impliqué dans la mort des descendants hybrides, les chercheurs ont développé une méthode pour élever les guêpes dans des conditions stériles. En l’absence de microbiote, 50 à 60% des hybrides ont survécu; en revanche, lorsque les bactéries naturellement présentes chez les espèces parentales ont été réintroduites dans les larves hybrides qui avaient été jusqu’alors élevées en conditions stériles, le taux de survie a à nouveau baissé, indiquant que le microbiome contribue en effet à la mortalité des hybrides. Les chercheurs ont observé que l’expression des gènes du système immunitaire inné était en moyenne moins élevée chez les hybrides dépourvus de microbiote que chez les hybrides élevés dans des conditions normales, ce qui suggère que les interactions entre le système immunitaire et le microbiome jouent peut-être un rôle dans la mort des hybrides. Cependant, les chercheurs notent aussi que d’autres catégories de gènes, qu’ils n’ont pas examinées dans leur étude, peuvent également contribuer à des interactions entre gènes et microbiome néfastes à la survie des hybrides.

Jusqu’ici, la non-viabilité des descendants hybrides issus du croisement de deux espèces était attribuée à une incompatibilité entre les patrimoines génétiques des espèces parentales. À partir de leurs résultats, Brucker et Bordenstein émettent l’hypothèse que les interactions entre le microbiome et les gènes de l’hôte peuvent amplifier les incompatibilités génétiques potentielles entre deux espèces et ainsi contribuer au processus de spéciation. Un point intéressant associé à cette idée est que les microbes sont capables d’évoluer rapidement et qu’ils pourraient donc assez vite renforcer la séparation entre deux espèces qui seraient en train d’émerger à partir d’un ancêtre commun.

(Brucker & Bordenstein, Science 9 August 2013, doi: 10.1126/science.1240659)

  • Nouveaux genres de phages marins

En été, lorsque l’on plonge avec délices dans la mer, on pense souvent très peu à la foule d’algues et de bactéries qui flottent autour de nous, et encore moins aux millions de phages (virus infectant spécifiquement des bactéries) qui sont pourtant partie intégrante de l’écosystème marin. En fait, on connaît peu de choses sur ces virus peuplant les océans, malgré le rôle important qu’ils jouent dans les cycles nutritifs marins en contrôlant comment les bactéries qu’ils infectent se multiplient et interagissent avec leur environnement.

Dans un étude publiée online en juillet dans le journal PNAS, Holmfeldt et al. décrivent la découverte de douze nouveaux genres de phages marins. Les chercheurs ont isolé une espèce particulière de bactérie aquatique, Cellulophaga baltica, à partir d’un échantillon d’eau collecté dans le trait de mer entre la Suède et le Danemark et ont ensuite analysé le matériel génétique qu’elle contenait. Ils ont ainsi identifié 31 phages qui se répartissent en 12 groupes distincts, chacun représentant un nouveau genre.

Bien qu’une telle diversité soit plus large que celle des quelques systèmes de phages marins étudiés jusqu’à présent, les chercheurs remarquent qu’elle est néanmoins du même ordre de grandeur que celle connue pour les phages infectant les bactéries associées aux humains. Selon eux, un tel échantillon ne constitue qu’une petite fenêtre sur la biodiversité des virus marins restant à être découverts.

(Holmfeldt et al., PNAS 15 July 2013, doi: 10.1073/pnas.1305956110)

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