Une nouvelle étude de l'Institut Max Planck de biologie évolutive de Plön et de l'Université du Sussex au Royaume-Uni montre que l'âge d'un gène détermine la vitesse à laquelle il s'adapte. Ces résultats démontrent comment l'évolution des gènes se produit comme une "marche adaptative" dans le temps.

De nouvelles espèces apparaissent et évoluent parce que les individus accumulent des mutations dans leur génome, dont certaines n'ont aucun effet. D'autres entraînent des changements qui confèrent à leurs transporteurs des avantages concurrentiels distincts. Dès 1932, Sewall Wright a introduit une métaphore qui a inspiré des décennies de recherche théorique et expérimentale en biologie évolutive pour décrire le processus d'adaptation. Wright a décrit le modèle du "paysage du fitness".

Ici, il a décrit une population en évolution comme des "randonneurs" se dirigeant vers un pic de forme physique. Un peu comme un alpiniste grimpant lentement au sommet d'une montagne. En 1998, Orr a démontré que cette « marche adaptative » suit une règle simple de rendements décroissants :plus une population est éloignée de son pic de forme physique, plus elle fait de pas.

Une prédiction de cette théorie est que les gènes récemment évolués, c'est-à-dire les «jeunes» ont tendance à accumuler plus de mutations adaptatives avec des effets plus importants que les gènes plus anciens, car ils sont plus éloignés de leur pic de forme physique. C'est précisément l'hypothèse qu'Ana Filipa Moutinho et Julien Dutheil du Max Planck Institute for Evolutionary Biology, en collaboration avec Adam Eyre-Walker de l'Université du Sussex, ont voulu tester.

Cependant, tester cette hypothèse s'est avéré assez difficile. L'historique des mutations accumulées dans un gène n'est généralement pas disponible et leurs effets sur la forme physique sont largement inconnus. De plus, d'autres propriétés des gènes, telles que leur longueur, peuvent fausser l'effet de l'âge des gènes. Par conséquent, les auteurs ont proposé une nouvelle approche pour tester le modèle de marche adaptative de l'évolution des gènes.

Premièrement, ils ont utilisé des modèles génétiques de population qui peuvent évaluer la variation de l'effet de fitness des mutations. Pour ce faire, ils ont comparé les génomes de plusieurs individus d'une population et mesuré le taux d'évolution adaptative dans différentes catégories de gènes. De même, ils ont profité du fait que tous les gènes d'un génome n'ont pas le même âge.

Certains gènes sont jeunes et partagés par seulement quelques espèces étroitement apparentées, tandis que d'autres sont plus anciens et partagés par des espèces qui se sont séparées il y a des millions d'années. Enfin, ils ont utilisé la distribution des mutations parmi les gènes d'âges différents pour comprendre comment les mutations adaptatives se propagent dans le temps.

Utilisant deux espèces distinctes, la mouche des fruits Drosophila melanogaster et la petite plante à fleurs Arabidopsis thaliana, cette étude a montré que l'âge d'un gène a un impact significatif sur le taux d'adaptation moléculaire et que les mutations dans les jeunes gènes ont tendance à avoir des effets plus importants. Ces résultats fournissent la première preuve empirique solide que l'évolution moléculaire suit un modèle de marche adaptatif sur une échelle de temps évolutive profonde et ajoutent une nouvelle couche de preuves à la théorie du paysage de fitness proposée il y a près de 100 ans.

La recherche a été publiée dans PLOS Biology . + Explorer plus loin

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