L'équipe internationale, composée de chercheurs de l'Université de Cambridge et du Musée d'histoire naturelle, a fait sa découverte en étudiant l'évolution des lépidoptères, un groupe d'insectes comprenant des papillons et des mites.
La réutilisation des gènes s’est avérée être un mécanisme polyvalent et crucial pour l’évolution, permettant la diversification et l’adaptation de la vie sur Terre. Cependant, la manière exacte dont ce processus se produit reste mal comprise. Les recherches de l’équipe, publiées dans la revue Nature Ecology &Evolution, contribuent à faire la lumière sur ce mystère en détaillant les changements moléculaires et évolutifs qui sous-tendent l’évolution d’un trait complexe dans un groupe toxique de chenilles.
"Nous étions ravis de constater que les défenses toxiques des papillons du cinabre ont évolué grâce à l'évolution de nouvelles interactions moléculaires entre deux protéines, permettant aux chenilles de tirer parti des produits chimiques végétaux", a déclaré l'auteur principal, le Dr Marta Maroja, anciennement du département de zoologie de Cambridge. et maintenant basé à l'Université de Turku, en Finlande.
Les papillons du cinabre (Tyria jacobaeae) se trouvent dans une grande partie de l'Europe et de l'Asie. Leurs chenilles se nourrissent exclusivement des feuilles toxiques des plantes de séneçon et séquestrent les produits chimiques végétaux pour les rendre désagréables au goût et ensuite toxiques pour les prédateurs potentiels.
Grâce à une combinaison d’expériences en laboratoire et sur le terrain, l’équipe a d’abord testé le rôle défensif des toxines séquestrées par les chenilles. Ils ont découvert que les chenilles de la teigne du cinabre qui s'étaient nourries de séneçon étaient rejetées et évitées par les prédateurs, tandis que les chenilles élevées sur des plantes dépourvues de produits chimiques défensifs perdaient leurs propriétés toxiques et devenaient acceptables pour les prédateurs.
Les chercheurs ont ensuite utilisé une approche génomique comparative approfondie, analysant les génomes et les transcriptomes (l’ensemble des molécules d’ARN exprimées par le génome) des chenilles de la teigne du cinabre et de plusieurs espèces apparentées. Cette analyse a révélé que les défenses toxiques des chenilles ont évolué en conséquence de changements au sein d’une voie de détoxification normalement présente dans le système digestif de toutes les chenilles.
Un gène normalement impliqué dans la détoxification des substances chimiques végétales dans l'intestin a été dupliqué chez un ancêtre du papillon du cinabre, et la copie a ensuite été recrutée dans les glandes à soie, qui sécrètent de la soie utilisée pour créer leurs cocons protecteurs. La soie régurgitée par la chenille agit comme un mécanisme de défense, créant une sécrétion mousseuse désagréable recouvrant son corps et toxique pour les prédateurs.
"Notre recherche identifie non seulement les origines de la défense toxique trouvée chez les chenilles de la teigne du cinabre, mais met également en évidence comment leur ancêtre pourrait potentiellement exploiter son régime alimentaire toxique en réutilisant les composants de sa voie de détoxification digestive", a déclaré l'auteur principal, le Dr Mathieu Joron, également de l'étude. Département de zoologie de l'Université de Cambridge et basé au Musée d'histoire naturelle de Londres.
« L’évolution est souvent considérée comme un processus de construction de nouvelles adaptations complexes à partir de zéro. Cependant, notre étude contribue à un nombre croissant de recherches qui montrent comment l’évolution peut également agir en modifiant les caractéristiques existantes, en réutilisant les gènes et les mécanismes moléculaires, pour produire de nouveaux traits complexes qui ont des conséquences fascinantes sur l’écologie des animaux », a déclaré le Dr Maroja.
