Il y a près d'un million d'années, une période glaciaire a conduit à une rencontre entre des léopards d'Afrique centrale et australe à la recherche de prairies. De nouvelles recherches sur la génétique des léopards – leur mitogenome – ont révélé que les descendants de ces deux groupes sont les léopards que l'on trouve aujourd'hui dans la province sud-africaine de Mpumalanga. L'une des chercheuses, l'écologiste moléculaire Laura Tensen, étudie la structure génétique des léopards sud-africains depuis 14 ans. Elle explique comment les nouvelles recherches peuvent être utilisées pour aider à conserver les grands félins en voie de disparition.

Qu'est-ce qu'un mitogénome ?

L'ADN se trouve dans le noyau des cellules ainsi que dans le génome mitochondrial, ou mitogénome. Les mitogénomes sont des molécules d'ADN qui flottent à l'extérieur du noyau d'une cellule. Ils stockent leur propre ensemble d'informations génétiques et sont hérités de la mère, ce qui signifie qu'ils sont uniquement transmis de la mère à la progéniture.

Les mitogénomes sont une « prise accessoire génomique » lors du séquençage du génome entier. Ils sont si abondants dans les cellules qu'il est très facile de les extraire.

L’étude des mitogénomes est un moyen fiable de suivre l’ascendance d’une espèce. En effet, les gènes mutent (changent) à un rythme régulier au fil du temps. Les changements dans le mitogénome donnent une image de l'évolution du léopard sur des centaines de milliers d'années.

Comment tester le mitogénome d'un léopard ?

Nous avons prélevé des échantillons de tissus sur neuf léopards du Mpumalanga, en Afrique du Sud, qui avaient été renversés par des voitures et tués. Cela se produit malheureusement encore souvent. Dans les zones non protégées, les mortalités routières représentent toute la mortalité accidentelle des léopards.

Les échantillons ont été prélevés au laboratoire de génomique de la faune de l'Université de Johannesburg et conservés à -20°C avant l'extraction de l'ADN.

Pour récupérer le mitogénome, nous avons séquencé l’intégralité du génome nucléaire. Lorsque les scientifiques séquencent un génome nucléaire entier, cela leur permet de découvrir simultanément la séquence d'ADN de chaque gène du génome d'un organisme. Cela nous permet ensuite de comprendre ce que codent exactement ces gènes. Par exemple, chez les léopards rouges, nous avons trouvé le gène et la mutation qui provoquent la couleur rouge. Nous avons également pu déterminer quels gènes héréditaires peuvent causer des défauts de santé chez le léopard rouge. Nous pourrions utiliser la même technique pour trouver les gènes qui rendent les deux clades (groupes de léopards apparentés) uniques ou mieux adaptés aux environnements locaux.

Après avoir extrait les mitogénomes des données, nous les avons assemblés et alignés sur un génome de référence, qui contient déjà les positions exactes de tous les gènes. Le génome de référence était celui qui avait été préalablement séquencé et stocké dans une base de données en ligne, Genbank, qui rassemble toutes les séquences d'ADN accessibles au public.

Nous avons ensuite téléchargé de nombreux autres mitogenomes à partir de bases de données en ligne, fournies par des études antérieures, pour comparer nos échantillons d'Afrique du Sud au reste du continent.

Ce faisant, nous avons pu découvrir comment les mutations apparues au fil du temps étaient réparties dans l’espace géographique. Certains échantillons provenaient de musées d’histoire naturelle et avaient été collectés il y a 150 ans. Ils représentaient la structure génétique des léopards avant que leurs habitats ne soient détruits par les humains.

Qu'avez-vous trouvé ?

Nous avons découvert que les léopards d'Afrique du Sud étaient issus de deux clades (ou sous-familles) uniques trouvés en Afrique australe et centrale il y a environ 0,8 million d'années. Il est probable que ces clades soient apparus au milieu du Pléistocène, une période il y a entre 1,6 million et 0,52 million d'années, lorsque le monde connaissait un climat instable.

Nous avons pu l'établir en mesurant la chronologie de l'évolution, c'est-à-dire les dates auxquelles les espèces de léopards ont divergé par rapport aux génomes existants du léopard eurasien, ainsi qu'aux génomes du lion et du tigre. Des recherches antérieures avaient déjà montré à quel moment ces animaux divergeaient les uns des autres.

En Afrique subsaharienne, le Pléistocène, souvent appelé période glaciaire, a été marqué par des cycles frais et secs alternant avec des climats chauds et humides. Cela a radicalement modifié le paysage à travers le continent africain, entraînant des expansions et des contractions répétées des prairies de savane.

En conséquence, des animaux comme les léopards étaient obligés de se déplacer, à la recherche de prairies où se trouveraient leurs proies. Pendant les périodes sèches, les populations animales se sont isolées les unes des autres à mesure que les déserts envahissaient les prairies, devenant une barrière qui séparait les léopards.

Une fois les populations de léopards séparées, leurs gènes ont commencé à se différencier au fil du temps.

Le même type de mouvements de léopards se produit encore aujourd’hui en Afrique du Sud. La plupart des jeunes mâles peuvent marcher jusqu'à 300 kilomètres de chez eux, à la recherche d'un nouveau territoire. Lorsqu'ils le trouvent, ils se mélangent avec des léopards d'autres régions d'Afrique. Il ne faut pas beaucoup de léopards pour diversifier les gènes d'une population. Finalement, les populations se connectent dans le temps et dans l'espace.

Pourquoi c'est important

C'est la première fois que les mitogénomes des léopards d'Afrique du Sud sont rassemblés. Cela nous a permis pour la première fois de classer correctement ces léopards. Ceci est utile car cela peut aider à approfondir les recherches sur l’évolution des léopards. Savoir comment une population moderne de léopards est liée aux populations anciennes, ainsi que les chemins géographiques qu'elles ont pu emprunter pour atteindre ce point, contribue aux efforts de conservation.

Aujourd'hui, dans le cadre de la conservation, les léopards doivent souvent être éloignés (translocés) pour éviter les conflits avec les humains dans les zones où les chats pourraient entrer en contact avec le bétail et les manger. Il est important de savoir quels animaux sont génétiquement diversifiés afin de pouvoir maintenir cette diversité sur de vastes zones. Lorsque les animaux sont génétiquement diversifiés, ils ont plus de chances de survivre aux épidémies.

L'un des aspects les plus importants de notre étude a été de découvrir que, bien que les clades de léopards aient pu évoluer séparément, ils font partie de la même métapopulation interconnectée qui s'étend à travers l'Afrique australe et peuvent être conservés de la même manière.