L’araignée insulaire perd la moitié de son génome, défiant les attentes évolutives

En quelques millions d’années, l’araignée Dysdera tilosensis, espèce endémique des îles Canaries, a réduit de moitié la taille de son génome au cours du processus de colonisation et d’adaptation à son habitat naturel. En plus d’être plus petit, ce génome est plus compact et contient plus de diversité génétique que celui d’autres araignées continentales similaires.

La découverte, publiée dans la revue Biologie moléculaire et évolutionrévèle pour la première fois comment une espèce animale a réussi à réduire son génome de près de moitié lors de la colonisation des îles océaniques.

Cette étude contredit la vision évolutionniste plus traditionnelle – sur les espèces colonisatrices d’îles, dont les génomes sont plus grands et comportent souvent des éléments plus répétitifs – et élargit le débat scientifique sur une énigme majeure de la biologie évolutive : comment et pourquoi la taille du génome change-t-elle au cours de l’évolution des êtres vivants ?

L’étude est dirigée par Julio Rozas et Sara Guirao, experts de la Faculté de biologie et de l’Institut de recherche sur la biodiversité (IRBio) de l’Université de Barcelone. L’article, dont le premier auteur est Vadim Pisarenco (UB-IRBio), implique également des équipes de l’Université de La Laguna, du Conseil national espagnol de la recherche (CSIC) et de l’Université de Neuchâtel (Suisse).

Cette recherche offre une perspective surprenante pour expliquer un phénomène qui intrigue les scientifiques depuis des décennies : la taille du génome – le nombre total de paires de bases d’ADN codant pour l’information génétique d’un organisme – varie énormément entre les espèces, même celles ayant une complexité biologique similaire.

Un génome plus petit chez une espèce insulaire : un paradoxe évolutif ?

Les araignées du genre Dysdera se sont diversifiées de manière spectaculaire dans les habitats des îles Canaries. Cet archipel est considéré comme un véritable laboratoire naturel pour analyser l’évolution des espèces et de leurs génomes dans un contexte d’isolement géographique. Près de 50 espèces endémiques, soit 14 % de toutes les espèces de ce genre décrites dans le monde, ont émergé depuis la formation des îles il y a quelques millions d’années.

En appliquant des technologies avancées de séquençage de l’ADN, l’équipe a analysé les génomes de deux espèces d’araignées évolutives proches : Dysdera catalonica, une espèce continentale présente dans la moitié nord de la Catalogne et dans le sud de la France, et D. tilosensis, endémique de l’île de Gran Canaria.

“L’espèce D. catalonica possède un génome de 3,3 milliards de paires de bases (3,3 Go, les lettres de l’ADN), soit presque le double de celui de l’espèce D. tilosensis (1,7 Go). Il est intéressant de noter que, malgré un génome plus petit, l’espèce des îles Canaries présente une plus grande diversité génétique”, explique Rozas, professeur au département de génétique, microbiologie et statistiques de l’UB, directeur du département de génomique évolutive et Groupe de recherche en bioinformatique et membre du conseil d’administration de la plateforme Bioinformatics Barcelona (BIB).

Le séquençage génomique révèle également que D. catalonica possède un nombre de chromosomes haploïdes de quatre autosomes et un chromosome sexuel X, tandis que D. tilosensis possède six autosomes plus le chromosome X.

“La réduction du génome de l’araignée D. tilosensis, associée au processus de colonisation des îles Canaries, est l’un des premiers cas documentés de réduction drastique du génome utilisant des génomes de référence de haute qualité”, explique Rozas.

“Ce phénomène est maintenant décrit pour la première fois en détail pour des espèces animales phylogénétiquement proches”, poursuit-il.

Comment expliquer la réduction du génome ?

Chez ces espèces évolutivement similaires, qui partagent des habitats et un régime alimentaire similaires, « les différences dans la taille du génome ne peuvent pas être facilement attribuées à des facteurs écologiques ou comportementaux », explique le professeur Guirao. “L’analyse phylogénétique combinée aux mesures de cytométrie en flux révèle que l’ancêtre commun possédait un génome volumineux (environ 3 Go). Cela indique que la réduction drastique du génome s’est produite pendant ou après l’arrivée sur les îles.”

Ce résultat est clairement paradoxal pour deux raisons. D’une part, bien que moins fréquent chez les animaux, le schéma le plus courant est l’augmentation de la taille du génome via des duplications du génome entier, “en particulier chez les plantes, où l’apparition d’espèces polyploïdes (avec de multiples dotations en chromosomes) est courante. En revanche, de telles réductions brusques de la taille du génome sur une période de temps relativement courte sont beaucoup plus rares”, explique Guirao.

Deuxièmement, les résultats contredisent les théories selon lesquelles, sur les îles, l’effet fondateur – le processus de colonisation par un petit nombre d’individus – conduit à une réduction de la pression sélective et, par conséquent, les génomes devraient être plus grands et plus riches en éléments répétitifs.

“Dans l’étude, nous avons observé le contraire : les espèces insulaires ont des génomes plus petits et plus compacts avec une plus grande diversité génétique”, explique le doctorant Pisarenco. Ce schéma suggère la présence de mécanismes non adaptatifs, “par lesquels les populations des îles Canaries seraient restées relativement nombreuses et stables pendant longtemps. Cela aurait permis de maintenir une forte pression sélective et, par conséquent, d’éliminer l’ADN inutile”, explique Pisarenco.

Décrypter l’une des grandes énigmes de la biologie évolutive

On ignore encore pourquoi, chez des espèces similaires, certains génomes accumulent de nombreuses séquences d’ADN répétitives alors que d’autres sont plus compacts. L’étude pourrait offrir une nouvelle perspective sur la résolution de cette question ouverte en biologie évolutionniste.

Selon certaines hypothèses, ces changements dans le génome auraient une valeur adaptative directe. D’autres explications proposent des mécanismes non adaptatifs, dans lesquels la taille du génome est le résultat d’un équilibre entre l’accumulation d’éléments répétitifs (tels que les transposons) et leur élimination par sélection purificatrice.

“Cette étude soutient l’idée selon laquelle, plutôt que d’une adaptation directe, la taille du génome de ces espèces dépend principalement d’un équilibre entre l’accumulation et l’élimination de cet ADN répétitif”, concluent les chercheurs.