L’ADN mitochondrial et l’avenir de l’écologie des insectes -Ecologie, science


L’ADN mitochondrial (ADNmt) est un marqueur moléculaire important pour l’écologie des insectes. Par exemple, des marqueurs d’ADNmt ont été utilisés pour analyser la diversité génétique du puceron du melon (Aphis gossypii) populations sur différentes plantes hôtes, éclairant la compréhension de leurs schémas de dispersion. Cependant, des recherches récentes suggèrent que l’utilité de l’ADNmt peut être plus compliquée qu’on ne le pensait. Dans une nouvelle revue du Annales de la Société d’entomologie d’Amérique, une équipe de chercheurs conclut qu’il reste un outil de base précieux, mais souligne que les scientifiques doivent tenir compte des propriétés de l’ADNmt lorsqu’ils utilisent le marqueur et tirent des conclusions à partir des données. (Photo de Jim Baker, Université d’État de Caroline du Nord, Bugwood.org)

Mélissa Mayer

Par Mélissa Mayer

Les insectes, comme tous les eucaryotes, ont des organites spécialisés appelés mitochondries nichés dans presque chaque cellule. Plus célèbre encore, ceux-ci agissent comme de minuscules générateurs, transformant l’énergie des aliments en énergie qui alimente la cellule.

Les mitochondries ont leur propre ensemble d’ADN séparé de l’ADN contenu dans le noyau de la cellule. Cet ADN mitochondrial (ADNmt) est un marqueur moléculaire important pour l’écologie des insectes, mais de nouvelles recherches suggèrent que cela pourrait être plus compliqué qu’on ne le pensait.

Dans un revue publiée le 15 mai dans le Annales de la Société d’entomologie d’Amérique, des chercheurs de l’Université agricole de Qingdao, de l’Académie des sciences agricoles de Jilin et de l’Académie des sciences agricoles du Shandong en Chine ont examiné l’utilité de l’ADNmt en tant que marqueur moléculaire, compte tenu de ces nouvelles complications. Ils concluent que le marqueur reste un outil de base précieux, mais soulignent que les scientifiques doivent tenir compte des propriétés de l’ADNmt lorsqu’ils utilisent le marqueur et tirent des conclusions à partir des données.

ADNmt et études écologiques

L’une des caractéristiques intéressantes de l’ADNmt est qu’il est facile à utiliser en laboratoire. C’est parce qu’il y a plusieurs copies dans chaque cellule et que les gènes mitochondriaux sont conservés dans toutes les espèces animales. Il possède également des propriétés super utiles qui sont maintenant remises en question : héritage simple et quasi-neutralité.

Contrairement à l’ADN nucléaire, l’ADNmt ne provient pas des deux parents et se recombine ; il passe simplement de la mère à la progéniture. Il mute également à un taux beaucoup plus élevé que l’ADN nucléaire. Ces mutations ne rendent généralement pas une espèce plus ou moins adaptée (et sont donc qualifiées de «presque neutres») et peuvent aider à retracer les lignées génétiques dans le temps.

Cela a fait de l’ADNmt un outil puissant pour les études sur l’écologie des insectes, en particulier la phylogénétique, les interactions entre les insectes et les plantes ou les parasitoïdes, l’invasion biologique et l’identification des espèces.

Statut de l’ADNmt : c’est compliqué

Mais il s’avère que ce n’est pas si simple. De nouvelles recherches montrent que l’ADNmt se recombine parfois. Et ce n’est pas aussi neutre qu’on le croyait autrefois.

« L’ADN mitochondrial n’est plus considéré comme absolument neutre », déclare Xing-Yuan Men, Ph.D., professeur à l’Institut de protection des végétaux de l’Académie des sciences agricoles du Shandong et auteur principal de l’article. « Certaines variétés de l’ADNmt sont généralement liées à la forme physique. »

Les auteurs disent que la forme physique peut être affectée par des différences dans les séquences d’ADNmt et les niveaux de transcription, en particulier lorsqu’il s’agit de pressions sélectives telles que le stress climatique et la disponibilité de la nourriture. Il est également possible pour les lignées d’insectes qui se sont séparées de se réunir et de s’hybrider, en intégrant parfois de nouveaux gènes qui augmentent la forme physique.

Ces nouvelles informations ne changent rien au fait que l’ADNmt est un marqueur moléculaire pratique et relativement peu coûteux, mais cela signifie que les chercheurs doivent être prudents lorsqu’ils utilisent l’ADNmt et tirent des conclusions à partir de leurs données. Cela signifie également qu’une solide formation en biochimie et en biologie cellulaire est précieuse pour les entomologistes émergents.

Regarder vers l’avenir

Les auteurs font des recommandations spécifiques aux chercheurs, notant que la phylogénétique, l’évolution des espèces et la dynamique des populations sont des sujets dans lesquels la compréhension des propriétés nuancées de l’ADNmt est essentielle. Ils suggèrent d’utiliser d’autres approches avec l’ADNmt pour étudier le flux de gènes ou l’isolement par distance.

Ils disent également que le codage à barres de l’ADN avec l’ADNmt – en utilisant de courtes portions d’ADN pour identifier des espèces ou détecter des espèces cryptiques – peut être le mieux adapté pour confirmer des espèces connues et utilisé avec d’autres données comme l’ADN nucléaire, la morphologie et l’écologie. L’ADN mitochondrial reste une bonne source de marqueurs pour le métabarcodage, qui séquence des échantillons en vrac ou des échantillons environnementaux pour identifier plusieurs espèces dans une communauté.

Une meilleure compréhension de l’ADNmt pourrait également aider à l’émergence de la prochaine génération de marqueurs moléculaires. « La technologie de séquençage est développée rapidement », déclare Men. « La génomique comparative utilise souvent le génome entier comme marqueurs et diffère du système de marqueurs actuel, qui n’utilise que des fragments limités d’ADNmt. La nouvelle génération de marqueurs devrait être composée de génomiques d’ADNmt entier ou partiel et ainsi contenir plus d’informations. »

C’est une bonne nouvelle pour l’écologie moléculaire, d’autant plus que les pressions du changement climatique amplifient le besoin de comprendre comment les insectes ont réagi aux changements environnementaux dans le passé afin de mieux prédire leur avenir.

Mélissa Mayer est un rédacteur scientifique indépendant basé à Portland, Oregon. Courriel : melissa.j.mayer@gmail.com.

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