La sélection naturelle est moins hasardeuse qu’on ne le pensait

Certains organismes ont développé une façon d’éviter les mutations dans les gènes les plus importants, contournant ainsi la source de la sélection naturelle : le hasard.

Selon Darwin et sa fameuse théorie de l’évolution, celle-ci survient grâce à l’apparition, au hasard, de mutations dans le génome. Ensuite, ces modifications génétiques sont gardées ou éliminées par sélection naturelle en fonction de l’avantage évolutif (ou de l’impact négatif) que ces mutations auraient dans un environnement donné. Mais il se pourrait que l’évolution ait aussi permis aux êtres vivants de « choisir » quelles régions de leur génome seraient les plus exposées à ce processus de sélection naturelle, et quelles régions en seraient protégées. C’est en tout cas ce que suggère une étude publiée le 12 janvier 2021 dans le journal Nature, qui pourrait ainsi chambouler ce que l’on croyait savoir de l’évolution.

Les mutations surviennent principalement quand le double brin d’ADN se casse et que le système de réparation de l’ADN commet une erreur en introduisant un acide nucléique à la place d’un autre (G au lieu de A, par exemple). Ces cassures de l’ADN sont censées arriver au hasard, donc la probabilité d’une mutation devrait être similaire dans tout le génome. S’il y a une différence, elle serait due uniquement à la sélection naturelle qui élimine les mutations néfastes et garde celles qui apportent un avantage reproductif. Ce qui pourrait expliquer pourquoi certaines régions génomiques accumulent plus de mutations que d’autres : ces dernières seraient plus importantes pour la survie de l’individu et sa reproduction, donc les mutations y seraient plus probablement néfastes et donc seraient éliminées plus fréquemment que dans le reste du génome.

ADN mutations
Pour éviter les cassures d’ADN et les mutations, l’organisme protège davantage certaines régions du génome (Source : AFP).

Les chercheurs de l’Université de Californie à Davis (États-Unis) et de l’Institut Max Planck (Allemagne) ont testé ce paradigme en analysant la quantité de mutations accumulées dans la plante Arabidopsis thaliana pendant trois ans (sachant que le cycle de vie de cette plante est d’à peine 6 semaines, donc 3 ans représentent environ 26 générations). Ceci dans un environnement expérimental qui facilite la survie de cette plante et donc diminue la pression de la sélection naturelle. Sans cette contrainte, les mutations apparues (plus d’un million durant cette période de 3 ans) devraient être distribuées d’une manière à peu près homogène, reflétant le caractère hasardeux de ces cassures d’ADN et de ces mutations.

Or, même dans ces circonstances, on voyait une sorte de sélection dans les mutations, qui n’étaient pas distribuées au hasard, mais au contraire épargnaient les gènes les plus importants. “On voit une diminution d’environ 50 % du taux de mutation dans les gènes par rapport aux séquences non codantes du génome, et cette diminution était encore plus significative dans certains gènes particulièrement importants pour la plante, détaille Grey Monroe, auteur de l’étude. On pense que cela est dû à une protection préférentielle de ces régions : l’organisme les protège pour y éviter les cassures d’ADN ou pour les réparer plus rapidement, et ainsi minimiser la survenue de mutations.”

En effet, les chercheurs ont observé que ces régions avec moins de mutations avaient plus souvent de modifications épigénétiques (des changements dans l’activité des gènes mais sans modification de la séquence ADN) connues pour recruter des protéines du système de réparation de l’ADN. Et que ces protéines interagissaient plus souvent avec ces régions qu’avec les autres.

Ainsi, l’organisme protègerait ses gènes les plus importants pour y éviter des mutations, devançant la sélection naturelle, en quelque sorte. “Cette protection pourrait changer en fonction de l’environnement (puisque les modifications épigénétiques dépendent du contexte environnemental de l’individu, ndlr). Nous étudions actuellement jusqu’à quel point l’environnement peut influencer ce processus de protection », révèle Grey Monroe. « Nous voulons aussi mieux comprendre les mécanismes par lesquels l’organisme protège ces régions du génome.” Une connaissance qui pourrait avoir un impact gigantesque dans la santé, car on pourrait peut-être apprendre à nos corps à éviter les mutations de certains gènes et ainsi éviter des maladies comme le cancer.

Source : Sciences & Avenir

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