Les mutations de gènes aident les fleurs à imiter les odeurs nauséabondes pour attirer des pollinisateurs amateurs de carcasse

Un gingembre sauvage a une astuce intelligente dans sa manche pour attirer les pollinisateurs. Non, ce n’est pas un parfum doux qui remplit l’air, mais la puanteur nauséabonde de chair pourrie et de bouse. Pour attirer des mouches et des coléoptères qui aiment des charognes, les fleurs du genre végétal Asarum brassent un produit chimique malodorant appelé disulfure de diméthyle (DMDS) à l’aide d’une disulfure synthase (DSS) – une enzyme dérivée d’une autre enzyme, de la méthanethiol oxydase (MTOX), trouvée dans les animaux et les plantes.

Une étude réalisée par des chercheurs du Japon a découvert que quelques ajustements dans un gène principalement responsables des composés malodorants détoxifiants ont évolué indépendamment dans trois lignées végétales différentes pour produire des odeurs désagréables.

Les trois mêmes changements d’acide aminé, trouvés dans toutes les enzymes DSS évolués indépendamment, ont permis la transition de l’activité MTOX à l’activité DSS, selon la recherche publiée dans Science.

Un peu d’organismes sont capables de prospérer dans les niches écologiques auxquelles d’autres ne peuvent pas accéder. Leur volonté de survivre est alimenté par un rayonnement adaptatif, où les espèces se diversifient en faisant évoluer un ensemble de traits métaboliques spécialisés ou améliorés. Comprendre comment ces nouveaux traits surviennent, leur évolution au fil du temps et ce qui limite leur développement est un domaine clé d’intérêt dans divers domaines de la biologie moderne.

La sélection naturelle favorise souvent l’évolution répétée des traits bénéfiques, ouvrant ainsi des moyens aux scientifiques d’étudier les changements en utilisant des méthodes comparatives phylogénétiques – des techniques statistiques qui sont utilisées pour analyser l’histoire de l’évolution et de la diversification organisationnelles.

Un trait intéressant à étudier est la capacité des angiospermes ou des plantes à fleurs à imiter l’apparence et l’odeur de la charogne ou de la bouse pour attirer les pollinisateurs, une stratégie qui a émergé indépendamment dans plusieurs lignées végétales.

Des études antérieures ont montré que les oligosulfures floraux, les fortes composés à base de soufre à l’odeur nauséabonde, proviennent de la dégradation bactérienne des acides aminés contenant du soufre tels que la cystéine et la méthionine. Bien que leur rôle dans l’attirer des pollinisateurs soit bien documenté, on ne sait pas grand-chose sur les mécanismes génétiques et physiologiques qui permettent aux fleurs d’émettre ces composés volatils.

Pour découvrir les voies évolutives et les changements génétiques qui facilitent ce comportement, les chercheurs se sont concentrés sur Asarum, un groupe de plantes qui ont acquis le trait pour produire des malodors à plusieurs reprises sur une échelle évolutive relativement courte de moins de 7 millions d’années.

Les chercheurs ont analysé les composés volatils produits par 53 espèces d’Asarum et huit variétés. Pour identifier si les oligosulfures comme les DMD proviennent ou non de la L-méthionine d’acide aminé, des expériences d’alimentation marquée par les isotopes ont été réalisées là où les fleurs ont reçu la L-méthionine marquée avec du carbone-13.

Ils ont constaté que les DMD et le trisulfure de diméthyle (DMT) avaient produit contenaient l’étiquette carbone-13, confirmant la L-méthionine comme source.

Les chercheurs ont identifié trois grandes classes de gènes de protéines de liaison au sélénium (SBP) à Asarum.

En exprimant ces gènes dans E. coli, ils ont constaté qu’une classe, SBP1, code pour les enzymes qui convertissent le méthanethiol en DMD. Une corrélation entre la quantité de DMD émise par les fleurs et les niveaux d’expression des SBP a également été signalée.

L’étude suggère que la survenue généralisée d’émission de DMD dans les mimiques florales peut être due à la facilité avec laquelle une enzyme hautement conservée peut être réutilisée par quelques changements d’acides aminés.

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