Compromis évolutif entre divers environnements chez le nématode C. elegans.

Résultats scientifiques Développement, évolution

La plasticité phénotypique adaptative permet aux organismes de faire face aux variations environnementales. Dans une étude publiée dans la revue  Current Biology, des chercheurs ont caractérisé un variant naturel du nématode Caenorhabditis elegans qui augmente la plasticité phénotypique adaptative au détriment de la vitesse de développement, en perturbant la production d’une hormone stéroïdienne. Grâce à ce compromis évolutif, ce variant délétère en conditions favorables devient bénéfique dans les environnements stressants.

De nombreuses espèces sont capables d’adopter des phénotypes alternatifs, en réponse à des stimuli environnementaux, un phénomène appelé plasticité développementale adaptative. Cette faculté permet aux organismes de faire face à des habitats hétérogènes. De nombreuses études ont montré que cette plasticité présente une variabilité naturelle mais les bases génétiques et moléculaires de celle-ci ont rarement été élucidées.

Cette étude porte sur un exemple de plasticité développementale chez le nématode Caenorhabditis elegans qui, lorsque les conditions environnementales sont très défavorables, est capable d’adopter un stade larvaire alternatif de résistance appelé "dauer". Les chercheurs se sont intéressés à un isolat naturel de C. elegans, JU751, qui a la capacité inhabituelle d’entrer en dauer en réponse à des stress environnementaux peu intenses (densité de population, température élevée, agents oxydatifs, pathogènes). Ils ont pu identifier la cause génétique de cette hypersensibilité : une délétion de 92 paires de bases qui affecte l’expression du gène eak-3. Ce gène eak-3, exclusivement exprimé dans certaines cellules endocrines, semble participer à la production de l’hormone acide dafachronique (DA), un stéroïde inhibiteur de l’entrée en stade larvaire dauer. Une réduction de l’expression du gène eak-3 entraine une diminution constitutive de la production de DA, abaissant ainsi le seuil de stress environnementaux nécessaire à l’induction de dauers.

En plus d’affecter la décision d’entrer en dauer, cette délétion du gène eak-3 réduit la vitesse de développement des larves. Ainsi, en conditions favorables, JU751 atteint la maturité sexuelle avec un retard de plusieurs heures. Ce retard développemental est lié à un effet pléiotropique (multiple) du déficit en DA et suggère que la délétion dans eak-3 a conduit à l’émergence d’un compromis évolutif entre durée de développement et plasticité développementale. En accord avec ce scénario, des expériences de compétition montrent que les porteurs de la délétion dans eak-3 sont rapidement remplacée par les porteurs de l’allèle de référence en conditions favorables. A l’inverse, cette délétion confère un avantage sélectif net en conditions expérimentales stressantes, en facilitant la formation de dauer. Cette étude démontre bien que, du fait de la pléiotropie hormonale, un changement génétique unique peut engendrer un compromis évolutif entre plusieurs types d'environnement.

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© Christian Braendle

Figure : Compromis évolutif entre plasticité et vitesse de développement. Un variant naturel affecte l’expression de eak-3, un gène impliqué dans la voie de biosynthèse du stéroïde DA. En réduisant la biosynthèse de cette hormone, ce variant augmente la plasticité phénotypique des vers (=induction du stade dauer), et réduit la vitesse de développement. À cause de ce compromis évolutif, le variant a des conséquences adaptatives opposées selon l’environnement :
• En conditions défavorables il présente un net avantage sélectif
• En conditions favorables le variant est au contraire très fortement contre sélectionné.

 

Pour en savoir plus :

A Natural Mutational Event Uncovers a Life History Trade-Off via Hormonal Pleiotropy
Billard B, Vigne P, Braendle C

Current Biology 3 Sept 2020. DOI: 10.1016/j.cub.2020.08.004

Contact

Christian Braendle
Chercheur CNRS à l'Institut de Biologie Valrose (iBV)

Laboratoire

Institut de Biologie Valrose (iBV) - (CNRS/Inserm/Université de Nice)
Bâtiment de recherche Sciences Naturelles, 7ème niveau, UFR Sciences

06108 Nice Cedex 2