Les génomes tardigrades révèlent les secrets de la survie extrême

Les tardigrades pourraient être les ultimes survivants de la nature. Bien qu’il soit facile de négliger ces petits animaux presque transparents, ils représentent un groupe diversifié qui a colonisé avec succès les environnements d’eau douce, marins et terrestres sur tous les continents, y compris l’Antarctique.

Connues sous le nom d'« ours d'eau », ces créatures inhabituelles pourraient figurer parmi les organismes les plus résistants de la planète grâce à leur capacité inégalée à survivre dans des conditions extrêmes, avec diverses… Classer Être résistant à la sécheresse, aux fortes doses de rayonnement, aux environnements à faible teneur en oxygène et aux températures et pressions élevées et basses.

Bien que de nombreux gènes aient été proposés pour contribuer à cette tolérance extrême, une compréhension globale des origines et de l’histoire de ces adaptations uniques reste insaisissable. Dans une nouvelle étude publiée dans Biologie et évolution du génomescientifiques de l'Institut des biosciences avancées de l'Université Keio Université d'Oslo Musée d'histoire naturelle, et Université de Bristol Il révèle un réseau étonnamment complexe de duplications et de pertes de gènes associées à l’extrême endurance des tardigrades, mettant en évidence le paysage génétique complexe qui régit l’écologie des tardigrades modernes.

Comprendre les familles de gènes tardigrades

En tant que forme d'endurance extrême, les tardigrades peuvent survivre à une déshydratation presque complète en entrant dans un état de diapause appelé anhydrobiose.n'importe lequel, Vie sans eau), leur permettant d’arrêter de manière réversible leur métabolisme. Plusieurs familles de gènes spécifiques au tardigrade ont déjà été associées à l'ahydrobiose.

Trois de ces familles de gènes sont appelées CJe vous en prie, MLes mitochondries et sSécrété uneAmple HIl mange sProtéines solubles (CAHS, MAHS et SAHS, respectivement) en fonction de l'emplacement cellulaire dans lequel les protéines sont exprimées. Certains tardigrades semblent avoir une voie différente impliquant deux familles de protéines abondantes et thermosolubles qui ont été identifiées pour la première fois chez les tardigrades. Test équin Ils sont généralement appelés EtAHS alpha et bêta.

Photo d'un tardigrade Ramazotius variornatus, au milieu de la lignée CAHS, est la plus grande des six familles de protéines associées à la sécheresse analysées dans cette étude. Crédit : Kazuharu Arakawa, Keio Institute for Advanced Biosciences

Les tardigrades possèdent également des gènes de résistance au stress que l'on peut trouver chez des animaux plus larges, tels que le gène de recombinaison méiotique 11 (MRE11), qui a été impliqué dans la tolérance à la sécheresse chez d'autres animaux. Malheureusement, depuis l'identification de ces familles de gènes, des informations limitées sont disponibles sur la plupart des lignées de tardigrades, ce qui rend difficile de tirer des conclusions sur leurs origines, leur histoire et leurs implications écologiques.

Enquête sur l'évolution des tardigrades

Pour mieux faire la lumière sur l'évolution de la tolérance extrême des tardigrades, les auteurs de la nouvelle étude — James Fleming, David Pisani et Kazuharu Arakawa — ont identifié des séquences de ces six familles de gènes dans 13 genres de tardigrades, y compris des représentants de chacun des principaux lignées tardigrades. Eutardigrades et hétérotardigrades. Leur analyse a révélé 74 séquences CAHS, 8 MAHS, 29 SAHS, 22 EtAHS alpha, 18 EtAHS bêta et 21 MRE11, leur permettant de construire les premières phylogénies tardigrades pour ces familles de gènes.

Puisque la résistance à la sécheresse est probablement apparue comme une adaptation aux environnements terrestres, les chercheurs ont émis l’hypothèse qu’ils trouveraient un lien entre la duplication et la perte de gènes dans ces familles de gènes et les changements d’habitat chez les tardigrades. « Lorsque nous avons commencé les travaux, nous nous attendions à constater que chaque clade serait clairement regroupé autour de versions anciennes, avec peu de pertes indépendantes. Cela nous aiderait à les relier facilement à la compréhension des habitats et de l'écologie modernes », explique l'auteur principal de l'étude, James Fleming. « C'est une hypothèse intuitive que l'évolution de la transcription de ces gènes liés à la sécheresse devrait, en théorie, contenir des vestiges de l'histoire environnementale de ces organismes, même si en réalité, cela s'avère être une simplification excessive. »

Au lieu de cela, les chercheurs ont été surpris par le grand nombre de copies indépendantes de gènes thermosolubles, qui dressent un tableau plus complexe de l’évolution des gènes liés à l’anhydrobiose. Cependant, il convient de noter qu’il n’y avait pas de lien clair entre les espèces anhydrobiologiques fortes et le nombre de gènes anhydrobiologiquement apparentés qu’une espèce possède. « Ce que nous avons découvert était bien plus passionnant », explique Fleming, « un réseau complexe de gains et de pertes indépendants qui ne sont pas nécessairement liés aux environnements des espèces terrestres modernes ».

Adaptations autonomes dans les lignées tardigrades

Bien qu’il n’y ait aucune relation entre la duplication génétique et l’environnement des tardigrades, l’étude a fourni un aperçu crucial des transformations clés qui ont conduit à l’acquisition de l’ahydrobiose. Les distributions distinctes des familles de gènes dans les deux principaux groupes de tardigrades – CAHS, MAHS et SAHS chez les Eutardigrades et EtAHS alpha et bêta chez les Heterotardigrades – suggèrent que deux transitions indépendantes des environnements limpides marins aux environnements terrestres limpides se sont produites au sein des tardigrades, une fois chez l'ancêtre Eutardigrade. et une fois dans Within Heterotardigrades.

Cette recherche représente une avancée importante dans notre compréhension de l’évolution de l’ahydrobiose chez les tardigrades. Il fournit également une base pour de futures études sur la tolérance extrême au tardigrade, qui nécessiteront le développement continu de ressources génomiques provenant de lignées de tardigrades plus diverses.

« Malheureusement, nous n'avons pas de représentants de plusieurs familles importantes, comme les Isohypsibiidae, ce qui limite la mesure dans laquelle nous pouvons nous en tenir à nos conclusions », explique Fleming. « Avec davantage d'échantillons de tardigrades d'eau douce et marins, nous serons mieux en mesure d'estimer les adaptations des membres du groupe terrestre. » Malheureusement, certains tardigrades peuvent être particulièrement insaisissables, ce qui constitue un obstacle majeur à de telles études. Par exemple, Tanarctus populus, l'un des tardigrades préférés de Fleming, est si petit qu'il ne peut être vu à l'œil nu et ne se trouve que dans les sédiments de l'océan Atlantique Nord, à des profondeurs d'environ 150 mètres. « Nous espérons que les initiatives de séquençage à grande échelle menées dans le cadre du Earth Biogenome Project combleront progressivement cette lacune dans notre compréhension, et je suis ravi de voir cela se poursuivre », a déclaré Fleming.

Référence : « L'évolution des familles de protéines liées à la température et à la sécheresse chez les tardigrades révèle une acquisition complexe d'une tolérance extrême » par James F. Fleming, David Pisani et Kazuharu Arakawa, 29 novembre 2023, Biologie et évolution du génome.
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