Les mutations de l’ADN ne se produisent pas aussi aléatoirement que prévu, selon de nouvelles recherches de l’Institut Max Planck de biologie de Tübingen en Allemagne et de l’Université de Californie à Davis aux États-Unis.
Les résultats ont le potentiel de changer radicalement notre vision de l’évolution. Les connaissances ont des implications de grande portée, allant d’une meilleure connaissance de la domestication des cultures aux prédictions du paysage mutationnel des cancers.
L’arabette (Arabidopsis thaliana). Crédit image : Institut Max Planck de biologie de Tübingen
Les mutations, qui se produisent lorsque l’ADN est endommagé et non réparé, sont le principal carburant de l’évolution. Une hypothèse centrale de la théorie de l’évolution de Darwin est qu’ils surviennent de manière aléatoire et que seule la sélection naturelle détermine quels gènes changent plus rapidement et lesquels changent plus lentement au cours de l’évolution. Cette hypothèse de base a maintenant été bouleversée.
« Nous avons toujours pensé à des mutations apparaissant uniquement par hasard à travers le génome », explique Gray Monroe, professeur adjoint au Département des sciences végétales de l’UC Davis et premier auteur de l’article. « Il s’avère maintenant que le modèle de mutation n’est pas seulement très non aléatoire, mais aussi qu’il est non aléatoire d’une manière qui profite à la plante. » « Il s’agit d’une perspective complètement nouvelle sur la mutation et le fonctionnement de l’évolution », commente Detlef Weigel, directeur scientifique de l’Institut Max Planck de biologie et auteur principal de l’étude.
Protéger les plantes avec des mutations nuisibles
Les chercheurs ont cultivé des spécimens de la mauvaise herbe largement distribuée Arabidopsis thaliana dans un environnement de laboratoire protégé, où toutes les plantes, y compris celles présentant des mutations nuisibles, pourraient se reproduire. De telles mutations néfastes seraient normalement rapidement éliminées par les pressions de sélection qui prévalent dans la nature et disparaîtraient donc avant qu’elles ne puissent être observées. En analysant les génomes de centaines de plantes cultivées en laboratoire, le scientifique a pu identifier des milliers de mutations au fur et à mesure de leur apparition.
Des analyses statistiques sophistiquées ont révélé que ces mutations n’étaient en aucun cas distribuées au hasard dans le génome, comme les chercheurs l’avaient prévu. Au lieu de cela, ils ont trouvé des portions du génome où les mutations étaient rares, et d’autres où les mutations étaient beaucoup plus courantes. Dans ces régions avec peu de mutations, les gènes nécessaires à chaque cellule et donc essentiels à la survie de chaque plante étaient largement surreprésentés.
« Ce sont les régions du génome les plus sensibles aux effets néfastes des nouvelles mutations », explique Weigel, « et la réparation des dommages à l’ADN semble donc être particulièrement efficace dans ces régions. » C’est comme si l’évolution jouait avec des dés pipés – elle minimise le risque d’endommager les gènes les plus vitaux.
Une nouvelle perspective sur la théorie classique de l’évolution
Les scientifiques ont découvert que les différents types de protéines autour desquelles l’ADN est enroulé dans le noyau cellulaire sont fortement corrélés à l’apparition de mutations. « Cela nous donne une bonne idée de ce qui se passe, afin que nous puissions prédire quels gènes sont plus susceptibles de muter que d’autres », explique Monroe.
Weigel a souligné à quel point les résultats étaient tout à fait inattendus à la lumière de la théorie évolutionniste classique : « On sait depuis longtemps qu’au cours de l’évolution, certaines régions du génome accumulent plus de mutations que d’autres régions. À première vue, ce que nous avons trouvé semblait contredire l’idée reçue selon laquelle cela reflète simplement la sélection naturelle supprimant la plupart des mutations avant qu’elles ne puissent être observées », explique-t-il.
Cependant, malgré la répartition inégale des mutations dans un génome typique, les régions importantes n’en sont pas entièrement dépourvues, et ces régions peuvent donc également évoluer, bien qu’à un rythme plus lent que d’autres parties du génome.
Utilisations futures dans l’élevage et la recherche médicale
« La plante a développé un moyen de protéger ses gènes les plus importants de la mutation », explique Monroe. « C’est excitant parce que nous pourrions même utiliser ces découvertes pour réfléchir à la façon de protéger les gènes humains de la mutation. » À l’avenir, on pourrait les utiliser pour prédire quels gènes sont les meilleures cibles pour la reproduction parce qu’ils évoluent rapidement, ou lesquels sont les plus susceptibles de provoquer des maladies chez l’homme.
La source: MPG
