L’évolution mise en lumière

Qu’obtient-on quand on rassemble plusieurs tonnes de plaques d’acier, des centaines de souris et quelques chercheurs en biologie évolutionniste et moléculaire dans une toute petite ville du Nebraska, près de la frontière avec le Dakota du Sud?

On obtient l’un des portraits les plus complets de l’évolution des vertébrés.

Sous la direction de Rowan Barrett, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en science de la biodiversité à l’Université McGill, et de Hopi Hoekstra, professeure de biologie organismique et évolutionniste et de biologie moléculaire et cellulaire, une équipe de recherche internationale a consacré de nombreuses années à une étude visant à déterminer comment des souris au pelage clair ou foncé survivent dans un habitat de couleur claire ou foncée.

Les chercheurs ont ainsi pu confirmer leur intuition, à savoir que les souris connaissaient un meilleur sort dans un habitat ayant une couleur de même ton que leur pelage; ils ont également découvert une mutation qui modifie la pigmentation du pelage et compris parfaitement ce mécanisme. Les conclusions de l’étude sont publiées dans la revue Science.

« Ce projet, qui s’est étalé sur de nombreuses années, s’inspire en partie d’études d’évolution expérimentale menées depuis longtemps sur des microbes en laboratoire, explique la P^re Hoekstra. Il s’agit de prendre une population en particulier et de la génotyper, pour ensuite modifier son environnement et voir comment elle évolue. À la fin de l’expérience, on réalise un nouveau génotypage et on relève les changements au niveau génétique ».

« Nous voulions reproduire cette méthode avec des vertébrés dans un environnement naturel, précise-t-elle. Il était important que ces vertébrés puissent vivre dans un habitat accessible aux prédateurs, ou du moins aux oiseaux de proie. »

Rowan Barrett, alors boursier postdoctoral, et ses collègues se sont donc rendus dans la petite ville de Valentine, au Nebraska, afin de tirer parti d’un imposant habitat naturel – les Sand Hills.

La P^re Hoekstra explique que dès les années 1930, on avait remarqué que les souris qui vivaient dans ces immenses dunes de sable clair avaient un pelage plus clair que celles qui vivaient dans les zones en périphérie, où le sol est foncé et argileux.

Pour expliquer ces différences, la P^re Hoekstra, Rowan Barrett et leurs collègues ont fait le pari ambitieux de construire une série de huit enclos de 2 500 mètres carrés chacun, soit un peu plus d’un demi-acre : quatre sur les dunes de sable clair et quatre sur le sol plus foncé.

Ils ont ensuite introduit 100 souris dans chaque enclos. La moitié des souris avaient été attrapées dans les dunes et l’autre moitié dans les zones en périphérie, au sol foncé. On leur avait ensuite posé une minuscule étiquette d’identification par radiofréquence, après avoir prélevé un tout petit bout de leur queue pour le séquençage génétique. Après trois mois, les chercheurs sont revenus sur les lieux pour récupérer les souris et identifier les survivantes.

« Nous voulions commencer avec la plus grande variation phénotypique possible, afin d’être en mesure de bien détecter la sélection naturelle, explique Rowan Barrett. Nous cherchions à savoir si, en général, la couleur du pelage de ces populations allait subir des changements au fil du temps, les souris au pelage clair ayant de meilleures chances de survie sur un sol clair, et vice-versa dans les enclos au sol foncé ».

Toutefois, ces renseignements sur le phénotype n’étaient qu’une partie de l’équation; les chercheurs voulaient également savoir s’il y avait des différences génétiques chez les souris survivantes.

« Nous savions que la couleur du pelage était héréditaire, et à la lumière d’études précédentes, nous avons centré notre attention sur un gène de la pigmentation dont nous savions qu’il jouait un rôle dans la variation de couleur chez ces souris du Nebraska, explique la P^re Hoekstra. Nous avons effectué le séquençage des 200 000 paires de bases de ce gène et avons découvert quelques mutations corrélées à la survie ».

L’équipe a choisi de se concentrer sur une mutation en particulier – une modification de la séquence protéique qui a entraîné la délétion d’un seul acide aminé dans la protéine résultante – qui a été associée à un changement vers un pelage plus clair.

Des analyses biochimiques effectuées avec la participation de Jonathan Duke-Cohan à la Faculté de médecine de l’Université Harvard ont montré que la mutation touchait les propriétés de liaison de la protéine. Par la suite, des analyses reposant sur l’édition génique ont confirmé que cette mutation entraînait un éclaircissement visible du pelage des souris.

La P^re Hoekstra a précisé que deux voies principales s’offrent maintenant aux chercheurs : pousser les recherches pour découvrir s’il existe d’autres différences génétiques qui aident les souris à vivre sur les dunes ou en périphérie, et étudier les changements sur plusieurs générations.

Somme toute, la P^re Hoekstra affirme que l’étude dresse un portrait complet, et important, de l’évolution chez les mammifères.

L’article « Linking a mutation to survival in wild mice », par Rowan Barrett et coll., a été publié dans la revue Science (2019).