Le mystère des lichens secrètement sexuels

Les parcelles de lichen que vous avez probablement vues pousser sur des troncs d’arbres et des bancs de parc peuvent être faciles à ignorer, mais elles font en réalité partie des êtres vivants les plus étranges au monde. Bien qu’ils soient parfois confondus avec de la mousse, les lichens sont des écosystèmes miniatures composés d’un champignon et d’algues ou de bactéries qui peuvent produire de l’énergie à partir de la lumière du soleil, vivant ensemble dans un seul corps.

Ils ne semblent pas suivre les mêmes règles biologiques que la plupart de leurs congénères, et les scientifiques continuent de découvrir de nouvelles choses à leur sujet. Exemple concret : dans une nouvelle étude publiée dans la revue Génomique BMCles chercheurs ont été choqués de découvrir qu’un type de lichen appelé Lepraria, longtemps considéré comme asexué, possède toujours les gènes qui régissent la reproduction sexuée. Ces lichens, contrairement à ce que pensent les scientifiques depuis des décennies, pourraient avoir une vie sexuelle secrète que personne n’a pu observer.

“Lepraria ressemble essentiellement à de la poussière verdâtre, grisâtre et brunâtre. C’est probablement ce que l’on pourrait généralement considérer comme un lichen poussant sur un banc ou un rocher : un peu moussu, mais pas une mousse”, explique Meredith Doellman, chercheuse postdoctorale au Grainger Bioinformatics Center du Field Museum et auteur principal de l’article.

“Les scientifiques ont passé plus de 200 ans à étudier ces choses et ils jurent qu’aucun des lichens qui composent le genre Lepraria ne produit jamais de structures permettant la reproduction sexuée. Ils ont donc supposé que ces lichens étaient asexués.”

Les champignons constituent la majorité du corps d’un lichen, et les lichens dépendent de leurs parties fongiques pour se reproduire. Les champignons peuvent se reproduire de manière asexuée par fragmentation ou par bourgeonnement du corps parent, mais ils sont également capables de se reproduire sexuée. Le sexe avec les champignons est compliqué. La version courte est que lorsque le réseau filiforme souterrain de deux futurs parents fongiques compatibles fusionne et partage du matériel génétique, ils se réunissent pour construire une structure aérienne appelée corps fructifère. (Les champignons sont probablement les fructifications fongiques les plus connues.)

Le rôle de la fructification consiste à disperser les spores, qui sont comme l’équivalent fongique des graines. Ces spores sont dispersées par le vent, l’eau et les animaux, pour finalement atterrir quelque part où elles peuvent se développer en réseaux fongiques et recommencer le processus.

La reproduction sexuée chez les lichens suit un schéma similaire. “Un lichen à reproduction typiquement sexuée s’accouple avec un autre individu et produit des fructifications appelées ascomates. Ces ascomes libèrent des spores dans l’air et s’installent pour devenir de nouveaux lichens”, explique Doellman.

Au cours de deux siècles d’examen des lichens Lepraria, les scientifiques n’ont jamais trouvé d’ascomes. Et bien qu’il existe de nombreux lichens asexués dans le monde, Lepraria a longtemps été considérée comme un genre spécial de lichens sans reproduction sexuée. La plupart du temps, il existe une espèce de lichen asexuée et une espèce sœur à reproduction sexuée. Lepraria, en tant que genre entièrement composé d’espèces asexuées, semble unique.

C’est cette hypothèse qui a conduit Doellman et ses collègues du projet de recherche du Field Museum.

“Nous pensions avoir une situation dans laquelle nous pourrions faire des génomiques comparatives intéressantes et montrer que Lepraria, contrairement à son cousin le plus proche, Stereocaulon, avait perdu la capacité d’avoir des relations sexuelles fongiques typiques”, explique Doellman. Les scientifiques du laboratoire Pritzker du Field Museum ont prélevé des échantillons d’ADN de Lepraria et de Stereocaulon collectés dans le monde entier, des jardins botaniques de Chicago à l’Antarctique.

“Nous avons assemblé leurs génomes, annoté les gènes et recherché des gènes généralement connus pour être impliqués dans le processus cellulaire de la méiose qui ne se produit que lors de la reproduction sexuée. Nous avons recherché des gènes impliqués dans la formation des fructifications”, explique Doellman. . “Nous nous attendions à voir que chez Lepraria, ces gènes seraient dégénérés, ne seraient plus fonctionnels ou seraient totalement absents. Mais au lieu de cela, nous avons trouvé le complément complet, et ils semblaient tous intacts, fonctionnels et presque exactement comme leurs sœurs dans Stereocaulon. “.

Les preuves de la reproduction sexuée chez Lepraria bouleversent des années d’observations scientifiques.

“J’ai été très, très surpris”, déclare Felix Grewe, directeur du Grainger Bioinformatics Center du Field Museum et auteur principal de l’article. “Aucun lichénologue au monde ne supposerait que ces lichens ont des relations sexuelles, et pourtant ils en possèdent les gènes.”

Bien que les chercheurs aient découvert que Lepraria possède les gènes associés à la reproduction sexuée, ils n’ont toujours pas trouvé de fructifications. “S’ils se produisent, ils sont très rares. Ils ont trouvé un bon moyen de nous cacher”, explique Grewe.

Une autre explication possible est que les Lepraria ne se reproduisent effectivement que de manière asexuée, mais qu’elles ont conservé les gènes nécessaires au sexe parce que ces gènes sont utiles à autre chose.

“Il est possible qu’ils fassent quelque chose comme la reproduction sexuée, mais ce n’est pas le cas. Une sorte de reproduction parasexuelle dans laquelle ils recombinent encore l’information génétique, mais d’une manière différente”, explique Doellman. “Pour des recherches futures, nous pourrions voir s’il existe différents types d’accouplement, et nous pourrions examiner la génétique de Lepraria au niveau de la population pour voir si elle est cohérente avec la reproduction asexuée.”

Le mystère de la vie sexuelle de Lepraria pourrait aider à éclaircir la vision plus large de l’identité des lichens en tant que partenariat entre un champignon et des algues ou des bactéries capables d’effectuer la photosynthèse. Pour qu’une spore fongique se transforme en un nouveau champignon, elle doit atterrir dans un environnement hospitalier.

Pour qu’une spore de lichen se transforme en un nouveau lichen, elle doit à la fois atterrir dans un environnement hospitalier et capturer les algues ou bactéries photosynthétiques dont elle a besoin pour se nourrir. (Pour la plupart, sinon tous les lichens, le partenaire fongique a évolué de telle sorte qu’il ne peut plus survivre seul sans un partenaire photosynthétique pour le nourrir.)

La reproduction sexuée constitue donc un risque pour les lichens. Cela peut être très lucratif, en termes de diversité génétique et de potentiel évolutif, c’est pourquoi presque tous les lichens connus le font. Mais si les spores du lichen n’atterrissent pas dans un environnement où elles peuvent facilement attraper un compagnon photosynthétique, alors elles sont en difficulté.

“Je vois l’avantage pour un lichen de se reproduire de manière asexuée en se séparant de son parent. Vous ne pourrez peut-être pas vous propager aussi loin, mais vous pourrez emmener votre partenaire photosynthétique avec vous”, explique Grewe. “Mais la reproduction sexuée présente d’autres avantages. De nombreux travaux montrent que les processus cellulaires impliqués dans la sexualité contribuent à la stabilité à long terme du génome, par exemple en réparant les cassures du code génétique.”

Bien que l’on ne sache pas encore clairement comment Lepraria utilise ses gènes étonnamment sexy, cette étude est “une autre pièce du puzzle pour comprendre le fonctionnement des lichens”, explique Grewe. Ces humbles organismes ressemblant à de la poussière pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre les gènes, le sexe et l’évolution elle-même.