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La variation génétique est le moteur de tous les changements évolutifs: plus la variation génétique est importante, plus l’évolution est rapide et plus les possibilités de solutions adaptatives innovantes sont grandes. Mais un type de variation génétique – la variation cachée ou «cryptique» – ne modifie pas l’apparence ou le comportement d’un organisme dans son environnement habituel.

Des variations génétiques «cryptique»

« C’est un type de variation génétique sous-estimé », a déclaré l’auteur correspondant, Andreas Wagner, biologiste de l’évolution à l’Université de Zurich et professeur externe à l’Institut Santa Fe, « et il joue un rôle important dans l’évolution. »
Des travaux antérieurs ont montré que la variation cryptique dans les populations naturelles favorise une adaptation évolutive rapide. Mais les mécanismes moléculaires sous-jacents n’étaient pas clairs.
Pour explorer ce mécanisme, l’équipe de Wagner a travaillé avec des populations de la bactérie E. coli, un microbe intestinal, porteur d’un plasmide portant le gène de la protéine fluorescente jaune (YFP). L’équipe a conçu une expérience en deux étapes. Au stade 1, ils ont utilisé la PCR mutagène pour augmenter la variation du gène YFP.
Puis, ils ont sélectionné une gamme étroite de fluorescence jaune. Toutes les bactéries qui ne sont pas suffisamment jaunes ont été exclues, un processus appelé «sélection stabilisante». Elles ont ainsi constitué des réserves de variations génétiques cryptiques sans altérer la couleur jaune de la protéine YFP.
Au cours de la phase 2, l’équipe a modifié les règles de sélection et a commencé à sélectionner E. coli dont la fluorescence passait dans la partie verte du spectre. Ils ont également introduit des populations de contrôle d’E. coli dépourvues de variation cryptique améliorée de la YFP. Les lignées cellulaires d’E. Coli avec des réserves de variation cryptique ont développé une protéine fluorescente verte (issue des gènes de YFP), plus verte et génétiquement plus diverse que toutes celles produites par les lignées de contrôle d’E. Coli.
Joshua Payne, coauteur de l’expérience, estime que la variation cryptique a fait plus que mener l’adaptation évolutive plus rapidement. Les lignées cellulaires avec de profondes réserves de variation cryptique ont évolué vers des protéines YFP plus vertes, des formes de la protéine inaccessibles aux bactéries régulières, et elles ont évolué par de multiples voies uniques non disponibles pour E. coli ordinaire.

Les variations cryptiques ouvrent des portes à des variations inaccessibles 

L’évolution actuelle dirigée par le laboratoire mène souvent aux mêmes résultats évolutifs. Ce nouveau travail montre à quel point l’amalgame de variations cryptiques peut ouvrir des portes à des variations autrement inaccessibles de l’espace des séquences de protéines, explique le premier auteur Jia Zheng, chercheur post-doctoral à l’Université de Zurich.
Dans la nature, les variations cryptiques aident les poissons à s’adapter à la vie dans les grottes. En laboratoire, une variation cryptique pourrait aider une biomolécule à se lier à un nouveau récepteur. « Notre travail pourrait aider à développer de nouvelles stratégies d’évolution dirigée pour trouver des biomolécules innovantes pour des applications biotechnologiques et médicales », a déclaré Zheng.
À l’instar d’un compte d’épargne en augmentation, la variation cryptique est une réserve de variations qui devient disponible en cas d’urgence pour alimenter un changement évolutif rapide, ce qui essentiel à la survie d’une lignée et utile pour des biologistes moléculaires.
Cette recherche a été publiée dans Science.
Source : University of Zurich
Crédit photo : Pixabay

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