Qui a-t-il de commun entre une algue unicellulaire et une plante supérieure


Dimanche 3 juillet 2011

Au bas de l’échelle on trouve les chlorophytes et charophytes correspondant respectivement aux algues monocellulaires et pluricellulaires ; ils se multiplient par spores et n’ont pas d’appareil vasculaire. Un peu plus haut se placent les bryophytes ou mousses ; ils se multiplient aussi par spores et ne possèdent pas d’appareil vasculaire. Toujours en gravissant l’échelle, viennent les lycophytes dont les espèces les plus représentatives sont les sélaginelles ; ils présentent encore une multiplication par spores mais possèdent une ébauche d’appareil vasculaire. Enfin les euphyllophytes peuvent se multiplier par spores : fougères, mais surtout par graines : gymnospermes et angiospermes ; ils ont tous un système vasculaire lignifié.

Ces grands groupes d’espèces autotrophes (capables, grâce à la fonction chlorophyllienne, de synthétiser leurs sucres et donc de produire leur énergie) résultent d’un processus évolutif qui à partir des algues monocellulaires à conduit aux plantes à graines (gymnospermes et angiospermes) qui tiennent une grande place dans notre environnement. Il y a donc, dans le génome de chacune des espèces appartenant à ces grands groupes, des gènes qui témoignent de cette évolution. Quelle est l’importance du bloc initial ? Quels sont les nouveaux gènes qui ont apporté les innovations ? Quels sont ceux qui ont disparus ? Ceci à fait l’objet d’une publication d’un groupe de chercheurs dans la revue Science* dont voici quelques conclusions.

Il leur fallait d’abord combler une lacune ; ne possédant pas de carte génétique d’une espèce du groupe des lycophytes, ils ont séquencé le génome de Sellaginella moellendorffii. Cette sélaginelle a un génome comprenant 212,6 millions de paires de bases. Le génome haploïde possède 22 285 gènes codant pour une protéine.

Après ce séquençage, ils disposaient (grâce à des séquençages réalisés par d’autres chercheurs) des génomes d’au moins une espèce de chaque grand groupe : l’algue monocellulaire Chlamydomonas, la mousse Physcomitrella, la sélaginelle qu’ils avaient eux-mêmes séquencée, et une quinzaine d’espèces des plantes supérieures. Ils ont identifié alors les gènes présentant des homologies dans chaque groupe et établi un arbre phylogénétique.

On peut résumer celui-ci de la façon suivante : 3814 gènes** présents chez Chlamydomonas et dans toutes les lignées, correspondent à la série minimale issue de l’ancêtre commun de toutes les plantes vertes et sont à l’origine des fonctions essentielles. On passe de l’algue unicellulaire Chlamydomonas à la mousse Physcomitrella par un doublement approximatif du nombre de gènes. La transition entre la mousse non vasculaire et la sélaginelle vasculaire nécessite 516 nouveaux gènes mais une perte de 89. Enfin le passage de la sélaginelle aux plantes supérieures se fait par un apport de 1350 nouveaux gènes et une perte de 442. Ainsi les gènes qui sont à l’origine des fonctions caractéristiques de chaque groupe sont au nombre de 3814 pour l’algue unicellulaire, 6820 pour la mousse, 7247 pour la sélaginelle, 8155 pour les plantes supérieures. Evidemment un représentant de groupe possède le stock de base des gènes du groupe qui le précède plus ceux qu’il a acquis par évolution.

* Jo Ann Banks et al, Science 20 mai 2011 p 960-963

** On peut aussi parler de familles de gènes car certains peuvent être présents à plusieurs exemplaires.



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