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"Un gène végétal pourrait avoir aidé les aleurodes (mouches blanches) à devenir un ravageur important : ce gène permet aux insectes de neutraliser les toxines que les plantes utilisent pour se défendre" par Jonathan Lambert

Traduction & Compléments par Jacques Hallard
lundi 29 mars 2021 par Lambert Jonathan



ISIAS Biologie

Un gène végétal pourrait avoir aidé les aleurodes (mouches blanches) à devenir un ravageur important : ce gène permet aux insectes de neutraliser les toxines que les plantes utilisent pour se défendre

Traduction du 27 mars 2021 par Jacques Hallard – et ajout d’un mini-dossier sur le Transfert de gènes horizontal - d’un article de Jonathan Lambert en date du 25 mars 2021 publié par ‘sciencenews.org’ sous le titre « A plant gene may have helped whiteflies become a major pest » ; accessible sur ce site : https://www.sciencenews.org/article/whitefly-plant-gene-transfer-pest-biology-chemical-toxin

whitefly

Photo d’aleurode- Les aleurodes sont des insectes ressemblant à des pucerons qui se nourrissent des feuilles de centaines de plantes. Un gène acquis d’une plante il y a au moins 35 millions d’années permet aux ravageurs de neutraliser une défense chimique commune employée par de nombreuses plantes. Jixing Xia et Zhaojiang Guo

Il y a 35 à 80 millions d’années, un aleurode s’est posé sur une feuille et a commencé à sucer sa sève sucrée. Ce repas fatidique a fourni plus que du sucre. D’une manière ou d’une autre, un gène de la plante s’est glissé dans le génome de l’aleurode, selon une nouvelle étude, et pourrait avoir aidé ses ancêtres à devenir l’un des ravageurs agricoles les plus connus aujourd’hui.

Ce gène aide les plantes à neutraliser et à stocker en toute sécurité certaines molécules toxiques qu’elles utilisent pour dissuader les herbivores. Chez les aleurodes (Bemisia tabaci), il permet aux insectes de se nourrir de la flore, sans être découragés par l’une des meilleures armes chimiques du monde végétal, rapportent les chercheurs le 25 mars 2021 dans la revue scientifique ‘Cell’. Cet échange de gènes entre plantes et insectes est le deuxième jamais documenté, et l’exemple le plus clair d’un insecte qui réquisitionne efficacement la boîte à outils génétique de sa ’proie’ pour l’utiliser contre elle.

Il y a dix ou vingt ans, personne ne pensait que ce type de transfert de gènes était possible’, déclare Roy Kirsch, écologiste chimiste à l’Institut Max Planck d’écologie chimique d’Iéna, en Allemagne, qui n’a pas participé à l’étude. ’Il y a tellement d’obstacles qu’un gène doit surmonter pour passer d’une plante à un insecte, mais cette étude montre clairement que cela s’est produit, et que le gène apporte un avantage aux mouches blanches.’

L’échange de gènes est courant parmi les bactéries (SN : 31/10/11), et il se produit occasionnellement entre les microbes intestinaux et leurs hôtes animaux. Connu sous le nom de transfert horizontal de gènes, ce processus permet aux organismes de contourner la nature laborieuse de l’hérédité des parents à la descendance et d’acquérir instantanément des gènes façonnés par des générations de sélection naturelle. Mais un saut génétique des plantes aux insectes, des lignées séparées par au moins un milliard d’années d’évolution, n’a été documenté qu’une seule fois auparavant, chez les mouches blanches.

Les aleurodes sont des insectes ressemblant à des pucerons qui se nourrissent de plus de 600 plantes différentes dans le monde. Le régime alimentaire très varié de ces ravageurs pernicieux s’explique en partie par leur capacité à échapper à de nombreuses défenses courantes des plantes (SN : 4/4/19). En recherchant les gènes qui sous-tendent cette capacité, des chercheurs chinois sont tombés sur quelque chose d’étrange chez trois espèces d’aleurodes étroitement apparentées - un gène, appelé BtPMaT1, dont on ne connaît pas l’existence en dehors des plantes.

Deux scénarios pourraient expliquer ce phénomène. Soit le gène est apparu chez l’ancêtre commun des plantes et des insectes et a ensuite été éliminé sur toutes les branches intermédiaires de l’arbre de vie, soit les aleurodes ont acquis le gène à partir des plantes. Les plantes et les insectes étant si éloignés les uns des autres, ce dernier scénario est ’beaucoup, beaucoup plus probable’, déclare Kirsch. Ces trois espèces d’aleurodes se sont séparées il y a environ 35 millions d’années, ce qui suggère qu’elles ont acquis le gène avant. Mais les espèces proches qui ont divergé il y a 80 millions d’années n’ont pas le gène, ce qui suggère que le transfert a eu lieu pendant cette période.

Le gène permet aux plantes de stocker une classe commune de produits chimiques défensifs appelés glycosides phénoliques en neutralisant les toxines jusqu’à ce que les herbivores commencent à les dévorer. ’Les glycosides phénoliques sont très toxiques pour les insectes’, explique Ted Turlings, coauteur de l’étude, écologiste chimiste et entomologiste à l’université de Neuchâtel, en Suisse. La possibilité que les aleurodes puissent utiliser un gène de détoxification des plantes pour tolérer les toxines végétales a intrigué les collègues de Turlings en Chine.

Les chercheurs ont inséré un peu d’ARN dans des plants de tomates en laboratoire. Une fois ingéré par les aleurodes, l’ARN était conçu pour désactiver leur gène BtPMaT1. L’équipe a ensuite lâché les aleurodes. Après une semaine d’alimentation sur cinq plantes génétiquement modifiées, les quelque 2.500 aleurodes étaient tous morts, contre seulement 20 % environ de celles qui s’étaient nourries de plantes non modifiées. Selon M. Turlings, un effet aussi radical suggère que ce gène joue un rôle important en aidant les aleurodes à contourner les défenses des plantes.

La façon dont le BtPMaT1 d’une plante s’est retrouvé dans les aleurodes reste un mystère. Les virus peuvent accidentellement transférer des morceaux d’ADN d’un hôte à l’autre, et Turlings pense que c’est probablement ce qui s’est passé ici. ’Il s’agit d’un événement extrêmement rare, mais lorsque vous parlez de milliards d’insectes et de plantes qui interagissent sur des millions d’années, cela devient plus possible’, dit-il. Le transfert horizontal de gènes pourrait être ’un mécanisme important permettant aux parasites d’acquérir des capacités pour faire face aux défenses des plantes’.

Le premier échange de gènes plante-insecte documenté, rapporté le 23 septembre 2020 dans ‘Scientific Reports’, s’est également produit chez les mouches blanches, bien que la fonction du gène dans cet échange soit moins claire. Ce n’est peut-être pas une coïncidence, cependant, que les deux exemples connus d’un tel événement se soient produits chez le même insecte herbivore.

[Référence : 1 Vol. :(0123456789) Scientific RepoRtS | (2020) 10:15503 | https://doi.org/10.1038/s41598-020-72267-1www.nature.com/scientificreports - Whitefly genomes contain ribotoxin coding genes acquired from plants - Walter J. Lapadula*, María L. Mascotti & Maximiliano Juri Ayub – Source : https://www.nature.com/articles/s41598-020-72267-1.pdf ].

’Les vies des aleurodes et de leurs plantes hôtes sont étroitement liées’, explique Shannon Soucy, microbiologiste spécialiste de l’évolution au ‘Dartmouth College’, qui n’a pas participé aux recherches. Selon elle, cette exposition constante prépare le système à ce type d’événement, ce qui a finalement permis aux aleurodes d’utiliser ce gène de défense des plantes contre leur créateur.

Citations

J. Xia et al. Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins. Cell. Published online March 25. doi : 10.1016/j.cell.2021.02.014.

W.J. Lapadula, M.L. Mascotti and M.J. Ayub. Whitefly genomes contain ribotoxin coding genes acquired from plants. Scientific Reports. Vol. 10, September 23, 2020. doi : 0.1038/s41598-020-72267-1.

G. Taguchi et al. Malonylation is a key reaction in the metabolism of xenobiotic phenolic glucosides in Arabidopsis and tobacco. The Plant Journal. Vol. 63, September 2010, p. 1031. doi : 10.1111/j.1365-313X.2010.04298.x.

About Jonathan Lambert (photo) E-mailTwitter- Jonathan Lambert is the staff writer for biological sciences, covering everything from the origin of species to microbial ecology. He has a master’s degree in evolutionary biology from Cornell University.

À propos de Jonathan Lambert (photo) : il est le rédacteur en chef des sciences biologiques, couvrant tout, de l’origine des espèces à l’écologie microbienne. Il est titulaire d’une maîtrise en biologie de l’évolution de l’université Cornell aux Etats-Unis.

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Source : https://www.sciencenews.org/article/whitefly-plant-gene-transfer-pest-biology-chemical-toxin

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Compléments sur le Transfert horizontal de gènes

Il s’agit d’une image représentant l’arbre de la vie à 3 domaines. Des croisements entre branches de cet arbre (qui est donc en fait un réseau) indique que la transmission de matériel génétique n’est pas seulement verticale, au long de la descendance, mais que certains évènements horizontaux, entre individus, existent.

Arbre phylogénétique à trois domaines montrant les possibles transferts horizontaux, notamment ceux postulés par la théorie endosymbiotique.

Le transfert horizontal de gènes, ou transfert latéral de gènes, est un processus dans lequel un organisme intègre du matériel génétique provenant d’un autre organisme sans en être le descendant. Par opposition, le transfert vertical se produit lorsque l’organisme reçoit du matériel génétique à partir de son ancêtre. La plupart des recherches en matière de génétique ont mis l’accent sur le transfert vertical, mais les recherches récentes montrent que le transfert horizontal de gènes est un phénomène significatif. Une grande partie du génie génétique consiste à effectuer un transfert horizontal artificiel de gènes.

Sommaire

Certains de nos gènes nous viennent de bactéries par transfert horizontal

Lire la bio -Marie-Céline Ray Journaliste - Publié le 18/03/2015

De nombreux animaux ont acquis des gènes provenant de micro-organismes de leur environnement. Ce transfert horizontal de gènes a été démontré dans une étude portant sur 12 espèces de drosophiles, 4 de nématodes et 10 de primates, dont l’Homme.

Illustration - Notre génome contiendrait des gènes étrangers venant d’autres espèces. © Andy Leppard, Flickr, CC BY 2.0 

En génétique, le transfert vertical de gènes décrit la transmission des gènes parentaux à la descendance, alors que le transfert horizontal désigne un mouvement de gènes entre espèces différentes. Ce transfert horizontal, ou latéral, de gènes est bien connu dans le monde des unicellulaires chez qui il peut expliquer la rapidité à laquelle une bactérie évolue, par exemple en devenant résistante à des antibiotiques.

Chez les organismes pluricellulaires, il existe aussi des exemples de transfert horizontal de gènes. Ainsi, le puceron vert du pois aurait récupéré chez un champignon le matériel génétique permettant la biosynthèse de caroténoïdes. Autre exemple : le transfert du génome de la bactérie Wolbachia à Drosophila ananassae. Si le transfert horizontal de gènes joue un rôle important dans l’évolution de certains animaux, l’idée qu’il ait lieu chez des animaux complexes comme des humains est encore débattu. Le transfert horizontal de gènes apparaît encore comme très peu fréquent chez les animaux, et notamment les vertébrés.

Dans cet article paru dans Genome Biology, des chercheurs ont examiné en détail les transferts horizontaux de gènes qui auraient eu lieu chez 26 espèces : 12 de drosophiles, 4 de nématodes et 10 de primates, dont l’Homme. Ils ont étudié les alignements de gènes pour estimer s’ils étaient susceptibles d’être « étrangers », mais aussi pour dater leur acquisition.

Photo - Le puceron vert du pois a pris des gènes à un champignon par transfert horizontal. © Shipher Wu, flickr, cc by nc sa 2.0 

Le transfert horizontal de gènes participe à l’évolution des espèces

Les analyses suggèrent que les drosophiles et les nématodes ont continué à acquérir des gènes étrangers lors de leur évolution, tandis que les primates en ont relativement peu gagné depuis leur ancêtre commun. Parmi les gènes acquis par transfert horizontal, certains pouvaient être impliqués dans le métabolisme, d’autres étaient liés aux réponses immunitaires et d’autres intervenaient dans la modification des protéines et les activités anti-oxydantes. Les organismes susceptibles d’avoir transféré les gènes étaient des bactéries, des protistes, des virus et des champignons.

Chez les humains, les chercheurs ont trouvé au moins 33 nouveaux exemples de gènes acquis horizontalement. La majorité des transferts horizontaux de gènes des primates étaient anciens et auraient eu lieu entre l’ancêtre commun des Cordés et l’ancêtre commun des primates. Une des conséquences de cette étude concerne l’analyse des génomes : en effet, dans leurs résultats de séquençage, les scientifiques retirent souvent les séquences bactériennes, en supposant qu’il s’agit de contaminations... Mais est-ce si sûr désormais ?

Les chercheurs en concluent que le transfert horizontal de gènes a eu lieu et continue à se produire chez les métazoaires. Pour Alastair Crisp, de l’université de Cambridge, principal auteur de ces travaux, « c’est la première étude à montrer l’étendue à laquelle le transfert horizontal de gènes a lieu chez les animaux, donnant naissance à des dizaines ou des centaines de gènes ’étrangers’ actifs. De manière surprenante, loin d’être un événement rare, le transfert horizontal de gènes semble avoir contribué à l’évolution de nombreux animaux, et peut-être tous. Le processus est toujours en cours, ce qui signifie que nous pourrions avoir besoin de ré-évaluer ce que nous pensons de l’évolution ».

Source : https://www.futura-sciences.com/sante/actualites/genome-certains-nos-genes-nous-viennent-bacteries-transfert-horizontal-57534/

Les transferts horizontaux de gènes et l’arbre de la vie - Healing the tree of life with lateral gene transfers Vincent Daubin1* et Sophie Abby2

1 UMR CNRS 5558-LBBE Biométrie et biologie évolutive, équipe bioinformatique et génomique évolutive, UCB Lyon 1, bâtiment Grégor Mendel, 43 boulevard du 11 novembre 1918, 69622 Villeurbanne Cedex, France
2 Microbial evolutionary genomics, Institut Pasteur, 25, rue du Docteur Roux, 75724 Paris Cedex 15, France - * vincent.daubin@univ-lyon1.fr

Réféfrence : Med Sci (Paris) 2012 ; 28 : 695–698

Photo : le grand arbre de la vie, réalisée par Samuel Laganier (plasticien designer), Lenke Sifko (graphiste), Sylvain Charlat et Vincent Daubin (expertise scientifique), exposée à l’université Lyon 1.

Dans les années 1960, la phylogénie, discipline qui cherche à reconstruire l’histoire évolutive du vivant et les liens généalogiques entre espèces en les comparant, entra dans une nouvelle ère, celle du « moléculaire ». Basée sur la recherche de caractères dérivés partagés entre organismes, elle trouva en l’ADN une matière abondante dont l’évolution se prêtait bien à la modélisation. Particulièrement chez les micro-organismes, où les critères de comparaisons manquaient cruellement pour comprendre leur histoire, la phylogénie moléculaire fut une révolution qui permit notamment la découverte des archées, le troisième grand domaine du vivant après les eucaryotes et les bactéries [
1].

Pour reconstruire l’histoire des espèces, il suffisait ainsi de choisir une (ou plusieurs) famille(s) de gènes, considérée comme « marqueur moléculaire » de l’histoire des espèces, et de reconstruire l’arbre qui expliquait au mieux les différences observées entre organismes. Enfin, idéalement… Car si les gènes conservent les traces des évènements qui ont marqué l’histoire des organismes qui les portent, ils enregistrent surtout leur propre histoire qui est bien plus complexe (Figure 1).

Outre les événements de spéciations, les gènes subissent bien d’autres événements. Le mieux documenté d’entre eux est sans doute la duplication : au gré des remaniements des chromosomes qui les portent, certains gènes peuvent se retrouver en plusieurs copies au sein d’un génome. L’histoire du gène reconstruite est alors un mélange intriqué de deux types d’évènements, duplication et spéciation, dont l’identification n’est pas toujours aisée, ce qui complique significativement leur interprétation. Mais déduire les liens de parenté entre espèces semble encore possible dans ce cas. C’est la découverte du transfert horizontal de gènes, et surtout de son ampleur, qui vint ébranler la confiance des phylogénéticiens en leurs méthodes….

Lire l’article complet sur ce site : https://www.medecinesciences.org/en/articles/medsci/full_html/2012/09/medsci2012288-9p695/medsci2012288-9p695.html

Voir aussi : Le transfert horizontal de gènes Vidéo 14:04 - 23 janvier 2016 - Prof SVT 71 - Diaporama commenté pour connaitre quelques exemples de transferts horizontaux de gènes : entre bactérie, entre bactéries et plantes.....

Source pour l’écoute : https://www.youtube.com/watch?v=LMA7hUB-yvQ

Et encore ceci : Diversification et Transfert de Gènes # 5 - SVT Terminale S – Mathrix Vidéo 14:12 - 15 avril 2017 - Mathrix

http://www.mathrix.fr​ pour d’autres vidéos d’explications comme Diversification et Transfert de Gènes en SVT. Retrouve GRATUITEMENT sur Mathrix des exercices corrigés pour révisions en maths et des cours avec vidéos pour collège/brevet et lycée/bac. La plateforme Mathrix t’offre une assistance complète en mathématiques pour réviser ton programme de collège et de lycée. Bénéficie d’un système interactif pour apprendre les maths autrement. Prends du niveau en math grâce à nos vidéos de cours et nos exercices expliqués étape par étape. Joindre la communauté Mathrix Site internet https://mathrix.fr​ Snapchat MathrixVideos Instagram @ModeMachine Facebook https://www.facebook.com/modemachine/​ Twitter https://twitter.com/MathrixVideos

Source : https://www.youtube.com/watch?v=NgZ_qJSejcs

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Traduction, compléments et intégration de liens hypertextes par Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 27/03/2020

Site ISIAS = Introduire les Sciences et les Intégrer dans des Alternatives Sociétales

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Fichier : ISIAS Biologie A plant gene may have helped whiteflies become a major pest.2

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