Des microbes ont transféré certains gènes à d’anciennes plantes aquatiques afin de les aider à évoluer sur la terre ferme
Les gènes de bactéries ont été intégrés dans les algues vertes et les plantes il y a des centaines de millions d’années, ce qui suggère que la transition des plantes de l’eau vers la terre pourrait avoir été motivée par ces événements, selon une nouvelle étude.
Les chercheurs ont trouvé près de 600 gènes de bactéries, de champignons et de virus qui ont été intégrés aux plantes au fil du temps dans un processus connu sous le nom de transfert horizontal de gènes (THG), dont un bon nombre sont à l’origine de caractéristiques souhaitables pour la vie terrestre.
Selon l’auteur principal, Jinling Huang, professeur de biologie à la East Carolina University aux États-Unis :
Notre étude change la vision conventionnelle de l’évolution des plantes terrestres. J’ai soupçonné que le transfert horizontal de gènes avait aidé les plantes à passer de l’eau à la terre, mais nous ne connaissions pas l’ampleur du rôle qu’il a joué jusqu’à présent.
Le transfert horizontal de gènes décrit le mouvement du matériel génétique entre des organismes d’espèces différentes. Ces événements sont courants chez les bactéries et sont responsables, par exemple, de la propagation rapide de la résistance aux antibiotiques. Toutefois, son rôle au sein d’organismes multicellulaires complexes tels que les plantes et les animaux reste controversé.
Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que les gènes des plantes et des animaux ne se déplaçaient que par transfert vertical de gènes, où les gènes sont transmis des parents à la progéniture et où les nouveaux gènes et caractères sont obtenus par des mutations. Cependant, Huang et ses collègues ont trouvé des preuves dans de précédentes études qui leur ont fait penser que le THG dans les plantes pourrait être plus courant qu’on ne le pensait.
Pour étudier cette question, l’équipe a compilé les génomes de 31 plantes, dont des espèces des quatre groupes de plantes : les mousses, les fougères et les arbres qui fleurissent ou produisent des cônes et des graines, ainsi que les charophytes, un groupe d’algues vertes le plus étroitement apparenté aux plantes terrestres modernes.
L’évolution des plantes terrestres (simplifiée). Il y a environ 500 millions d’années, les plantes terrestres ont commencé à passer de l’eau à la terre. (IST Autriche)
En utilisant l’analyse du génome pour comparer les séquences complètes du génome de différentes espèces, ils ont cherché des gènes chez les plantes qui avaient pour origine des bactéries, des virus, des champignons ou des animaux, et ils ont trouvé au total 593 familles de gènes.
Ce nombre est bien plus important que ce qui était envisagé auparavant, et les gènes ont été transférés surtout à partir de microbes, comme les bactéries et les champignons. Ces recherches indiquent que le transfert génétique à grande échelle est actif chez les charophytes et dans tous les grands groupes de plantes terrestres, même si, chose intéressante, les gènes acquis plus récemment sont beaucoup moins répandus chez les plantes à graines.
Ils ont également identifié deux événements majeurs de transfert génétique à grande échelle, au début de l’évolution des charophytes et à l’origine des plantes terrestres, lorsque plus de cent familles de gènes sont passées des microbes aux plantes. Selon les chercheurs, ces gènes acquis pourraient influencer la physiologie et le développement des plantes, permettant finalement une meilleure adaptation de ces dernières à leur environnement et leur permettant de vivre sur terre.
Selon Huang :
Notre découverte suggère que le THG joue un rôle important dans l’évolution des plantes terrestres. Par rapport aux mutations issues du transfert vertical de gènes, le THG permet aux plantes d’acquérir rapidement de nouveaux traits, et certains de ces traits pourraient aider les plantes à s’adapter à un environnement radicalement différent, comme lorsqu’elles sont passées de l’eau à la terre.
Nombre de ces gènes sont connus pour remplir d’importantes fonctions biologiques chez les plantes. Par exemple, les gènes LEA (late embryogenesis abundant), qui proviennent de bactéries, aident les plantes à s’adapter à un environnement plus sec. Le gène du transporteur d’ammonium, acquis auprès de champignons, aide les plantes à absorber l’azote du sol pour leur croissance.
L’équipe prévoit ensuite d’explorer plus avant les gènes transférés dans les bryophytes, le groupe de plantes qui comprend les mousses. De nombreux gènes acquis dans ces plantes ont des fonctions inconnues, et de futures recherches pourraient permettre d’identifier des gènes utiles qui pourraient un jour être transférés dans les cultures pour contribuer à les améliorer.
Ces recherches ont été publiées dans la revue Molecular Plant : Major episodes of horizontal gene transfer drove the evolution of land plants.