S’il est classiquement représenté sous la forme d’une double hélice linéaire, l’ADN présente une structure en 3D plus complexe que cette image le laisse supposer, et que de nouvelles technologies permettent aujourd’hui d’investiguer.
Ses plis et replis influencent de nombreux processus biologiques, et les changements qui s’opèrent au sein de sa structure par réarrangements, fusion ou division de chromosomes jouent un rôle déterminant dans la formation des espèces, comme chez les papillons.
Sous la direction de Kay Lucek, l’équipe du laboratoire en génomique de la biodiversité de l’université de Neuchâtel étudie les mystères de l’ADN des lépidoptères, dont pas moins de 160 000 espèces sont décrites dans le monde, et 11 665 en Europe.
Elle est la seule en Suisse à participer au projet européen Psyche, dont l’ambition est de décrire le génome de toutes les espèces présentes sur le vieux continent, des spécimens rares aux ravageurs des cultures en passant par les papillons de nuit et les mites. L’initiative permettra d’apporter des clés de compréhension inédites de l’évolution de ces insectes, et de fournir des informations utiles à leur conservation et à leur protection.
Grâce à Psyche, le génome de quelque 1 000 espèces a été séquencé en deux ans, ce qui place d’ores et déjà les lépidoptères loin devant dans la connaissance génomique du groupe des arthropodes : le chiffre passe, par exemple, à 406 pour les diptères, qui comprennent notamment les mouches, à 282 pour les hyménoptères que sont les abeilles, les guêpes et les fourmis, et à 41 pour les araignées. C’est en Angleterre que le séquençage est réalisé, « selon une méthode qui, il y a cinq ans encore, tenait de la science-fiction », estime Kay Lucek.
Le séquençage est réalisé à -80°C pour préserver l’ADN intact, à partir de prélèvements opérés dans le thorax des papillons. La technologie permet de voir l’ADN dans toutes ses dimensions, et d’approcher au plus près de structures à la variabilité surprenante. L’ADN des papillons du genre Erebia notamment varie de 7 à 51 chromosomes, constituant l’un des groupes les plus diversifiés génétiquement !
Comment une telle disparité s’explique-t-elle ? Quel impact a-t-elle sur la formation des espèces et leur adaptabilité ?
Pour répondre à ces questions, les chercheurs s’intéressent de près à une autre particularité que présentent les chromosomes des papillons : l’holocentrisme.
Chez 90 % des eucaryotes1, chez les humains par exemple, les paires de chromosomes présentent un seul point de contact, appelé centromère. À l’inverse, les chromosomes holocentriques révèlent l’équivalent de plusieurs centromères dispersés sur la longueur de chaque chromosome. Cette singularité se retrouve aussi chez les vers nématodes et chez les carex, un genre de plantes herbacées.
« Nous cherchons à comprendre les mécanismes en jeu dans l’ADN des lépidoptères, qui a la capacité de produire des réarrangements incroyables, influençant l’apparition de nouvelles espèces. » Les apports de la génomique donnent aussi l’opportunité de mieux caractériser des espèces cryptiques, c’est-à-dire difficiles à identifier par leur morphologie, en vue de les classer de façon adéquate et de prendre des mesures de conservation adaptées.
Par exemple, un récent travail de master sur Lycaena tityrus, comprenant deux taxons étroitement liés en Europe centrale, tityrus et subalpinus, préconise d’élever le taxon subalpinus au rang d’espèce. « Nos résultats ont démontré qu’ils représentent deux lignées évolutives génétiquement distinctes. Spécialisé dans les milieux alpins et présentant une faible plasticité thermique, ce taxon pourrait être particulièrement vulnérable au changement climatique », rapporte Vanessa Herren, auteure de la recherche sous la direction de Kay Lucek.
La génomique représente une voie de connaissance nouvelle et promet d’importantes avancées scientifiques. Agrégeant des collaborations de la Suède à l’Espagne, de l’Angleterre à la Roumanie, en passant donc par la Suisse, le projet Psyche en est une belle illustration.
« Le séquençage des 11 000 espèces établira une base solide pour la génomique ; il favorisera la surveillance de tous les lépidoptères en Europe, et une gestion et une politique efficaces de la biodiversité, localement et mondialement. »
De toutes les espèces eucaryotes recensées dans le monde, une sur dix est un papillon ! Essentiels aux écosystèmes à plus d’un titre, les lépidoptères interviennent dans la pollinisation et, à la fois herbivores et proies, constituent un maillon important de la chaîne alimentaire. En réagissant fortement aux changements environnementaux et à la dégradation de leurs habitats, ils sont d’excellents indicateurs de la santé des écosystèmes.
Dans ce contexte, la génomique apparaît comme « un moyen de mieux identifier et suivre les espèces, de comprendre les causes de leur évolution ou de leur déclin, et d’évaluer l’état des populations pour mieux les protéger ». Et si certaines espèces sont bénéfiques pour l’agriculture, d’autres sont aussi ravageuses pour les champs et les forêts : l’un des objectifs du projet Psyche est d’intégrer les apports de la génomique pour rendre les stratégies de lutte contre ces nuisibles plus performantes.
