L'ADN satellite joue un r?le clé dans la spéciation

Plus de 10 pour cent de notre génome est constitué de sections répétitives de matériel génétique apparemment dénuées de sens, appelées ADN satellite. Celui-ci ne sponsorise même pas les plans de construction des protéines. C'est pourquoi certains scientifiques les ont qualifiés de "déchets génétiques".

Dans une série de travaux, Madhav Jagannathan, actuellement professeur assistant au Département de biologie de l'ETH Zurich, et son ancienne directrice de recherche postdoctorale Yukiko Yamashita, du Whitehead Institute au MIT (?tats-Unis), ont toutefois démontré que l'ADN satellite n'est pas un déchet, mais qu'il joue un r?le essentiel dans les cellules : il collabore avec des protéines dans la cellule pour maintenir ensemble tous les chromosomes d'une cellule dans son noyau.

Dans leur dernier travail, publié récemment dans la revue "Molecular Biology and Evolution", Jagannathan et Yamashita vont encore plus loin. Ils suggèrent que le système d'organisation des chromosomes par l'ADN satellite est une raison importante pour laquelle les organismes de différentes espèces ne peuvent pas donner naissance à une descendance viable.

L'origine des espèces : sortie de l'ADN

On sait depuis des années que l'ADN satellite est très variable d'une espèce à l'autre. "Si l'on compare le génome du chimpanzé à celui de l'homme, les régions codant pour les protéines sont identiques à 98 ou 99%", explique Yamashita. "Mais l'ADN indésirable des deux espèces est très différent".

Or, l'ADN satellite est la séquence du génome qui se modifie le plus rapidement. "Jusqu'à présent, on considérait qu'il s'agissait 'seulement' de déchets génétiques, peu importe qu'ils diffèrent d'une espèce à l'autre", explique le professeur assistant au Département de biologie de l'ETH.

Cependant, lorsque lui et sa collègue ont étudié l'importance de l'ADN satellite pour la fertilité et la survie des espèces "pures", ils ont obtenu la première indication que ces séquences pourraient jouer un r?le dans la spéciation.

Lors de l'une de leurs expériences, les chercheurs ont activé dans une mouche baptismale Drosophila melanogaster une protéine appelée "Prod". Par la suite, les chromosomes des mouches se sont dispersés en dehors du noyau cellulaire et se sont déposés en minuscules amas de matériel cellulaire. Les mouches sont mortes. Normalement, "Prod" se lie à un endroit précis de l'ADN satellite de cette mouche baptisée. "Ce morceau d'ADN satellite, auquel la protéine Prod se fixe, est absent chez les plus proches parents de Drosophila melanogaster complète", déclare Jagannathan.

Ainsi, si ce morceau spécifique d'ADN satellite est essentiel à la survie d'une espèce mais absent de l'autre, cela pourrait signifier ceci : que ces deux espèces de mouches avaient développé au fil du temps des séquences d'ADN satellite différentes pour la même t?che - l'organisation des chromosomes. Jagannathan et Yamashita se sont donc demandé si ces différences liées à l'évolution pouvaient être une raison pour laquelle différentes espèces ne peuvent pas se reproduire entre elles.

Une histoire de deux espèces de mouches des fruits

Afin d'étudier comment les différences dans l'ADN satellite influencent l'incompatibilité reproductive, les chercheurs se sont concentrés sur Drosophila melanogaster et ses plus proches parents, Drosophila simulans. Ces deux espèces se sont séparées il y a environ deux millions d'années.

Les scientifiques peuvent certes créer un Drosophila melanogaster-femelle avec un Drosophila simulans-Les m?les se croisent, mais leur descendance est soit stérile, soit mourante.

Jagannathan et Yamashita ont ensuite examiné les tissus de ces hybrides afin de découvrir ce qui les faisait mourir. Les chercheurs ont rapidement remarqué quelque chose d'intéressant : Les tissus des hybrides présentaient exactement les mêmes caractéristiques que les tissus de mouches d'espèces "pures" dont l'ADN satellite était perturbé : les chromosomes des deux formes étaient dispersés dans les cellules et non regroupés dans le noyau.

Les chercheurs ont toutefois réussi à créer une mouche hybride saine en modifiant certains gènes, appelés gènes d'incompatibilité hybride, dans les mouches parentales. Ces gènes peuvent être détectés sur l'ADN satellite dans les cellules d'espèces pures et ont influencé l'emballage des chromosomes chez les hybrides lors de l'expérience.

Dans l'ensemble, ces résultats indiquent que les protéines qui lient l'ADN satellite doivent se transformer aussi rapidement que l'ADN satellite, qui évolue rapidement. Ce n'est qu'ainsi que la protéine de liaison peut garantir l'organisation correcte des chromosomes dans le noyau cellulaire. Au fil du temps, chaque espèce développe sa propre "stratégie" pour gérer l'ADN satellite. Si deux espèces apparentées se croisent avec des stratégies différentes, les chromosomes sont dispersés en dehors du noyau cellulaire.

Dans de futures études, Jagannathan et Yamashita veulent continuer à tester leur modèle : s'ils parviennent à concevoir une protéine capable de lier l'ADN satellite de deux espèces différentes, ils pourraient théoriquement obtenir un croisement viable qui pourrait également donner naissance à une descendance. Mais pour y parvenir, des années de recherche supplémentaires sont encore nécessaires.

Ce texte d'Eva Frederick du Whitehead Institute, MIT, a d'abord parupage externeici.