Le point commun entre toutes les plantes d'aujourd'hui ? Aussi bien celles qui peuplent les milieux aquatiques que les milieux terrestres descendent d’un même ancêtre, commun à tous les membres du règne végétal : une algue verte protiste. De cette algue entièrement marine a évolué une immense diversité de plantes, certaines ayant quitté l’eau pour coloniser la terre il y a 470 millions d’années. Cette transition de la mer à la terre est apparue plusieurs fois au cours de l’histoire de la vie, notamment chez les animaux qui, eux aussi, étaient initialement aquatiques. Sa fréquence évolutionnaire n’a cependant pas rendu ce défi d’adaptation moins complexe, et il semblerait qu’il ait dû être accompagné d’une véritable révolution génomique à l’échelle de l’ensemble des plantes terrestres. Cette découverte a été publiée par des chercheurs de l’Université de Bristol dans la revue Current Biology le 16 janvier 2020.
200 génomes végétaux ont été comparés
Le parcours évolutionnaire des Embryophyta (toutes les plantes terrestres) et des Streptophyta (Embryophyta et leurs plus proches parents algaux, les Charophyta) sont sans doute les transitions les plus spectaculaires de l'histoire des plantes. L'équipe de recherche a entrepris de découvrir quels changements, au niveau génétique, avaient eu lieu pendant la transition évolutive des plantes de la mer à la terre en comparant 208 génomes, dont 10 génomes animaux, l'un des plus grands ensembles de données jamais constitués pour aborder l'évolution du règne végétal.
Les 9 millions de protéines différentes pour lesquelles les gènes analysés codaient ont été réparties en 650.000 groupes homologues, dans lesquels les protéines partageaient une ou plusieurs fonction(s) après avoir divergé de la même protéine ancestrale. 103 de ces groupes n’étaient présents que chez les Embryophyta, et étaient donc caractéristiques du plus récent ancêtre commun à toutes les plantes terrestres. 50 ont été trouvés chez les Streptophyta, et étaient donc présents chez les plantes terrestres et certaines algues.
Le point commun entre toutes les plantes d'aujourd'hui ? Aussi bien celles qui peuplent les milieux aquatiques que les milieux terrestres descendent d’un même ancêtre, commun à tous les membres du règne végétal : une algue verte protiste. De cette algue entièrement marine a évolué une immense diversité de plantes, certaines ayant quitté l’eau pour coloniser la terre il y a 470 millions d’années. Cette transition de la mer à la terre est apparue plusieurs fois au cours de l’histoire de la vie, notamment chez les animaux qui, eux aussi, étaient initialement aquatiques. Sa fréquence évolutionnaire n’a cependant pas rendu ce défi d’adaptation moins complexe, et il semblerait qu’il ait dû être accompagné d’une véritable révolution génomique à l’échelle de l’ensemble des plantes terrestres. Cette découverte a été publiée par des chercheurs de l’Université de Bristol dans la revue Current Biology le 16 janvier 2020.
200 génomes végétaux ont été comparés
Le parcours évolutionnaire des Embryophyta (toutes les plantes terrestres) et des Streptophyta (Embryophyta et leurs plus proches parents algaux, les Charophyta) sont sans doute les transitions les plus spectaculaires de l'histoire des plantes. L'équipe de recherche a entrepris de découvrir quels changements, au niveau génétique, avaient eu lieu pendant la transition évolutive des plantes de la mer à la terre en comparant 208 génomes, dont 10 génomes animaux, l'un des plus grands ensembles de données jamais constitués pour aborder l'évolution du règne végétal.
Les 9 millions de protéines différentes pour lesquelles les gènes analysés codaient ont été réparties en 650.000 groupes homologues, dans lesquels les protéines partageaient une ou plusieurs fonction(s) après avoir divergé de la même protéine ancestrale. 103 de ces groupes n’étaient présents que chez les Embryophyta, et étaient donc caractéristiques du plus récent ancêtre commun à toutes les plantes terrestres. 50 ont été trouvés chez les Streptophyta, et étaient donc présents chez les plantes terrestres et certaines algues.
Une "explosion" de nouveaux gènes datée de l'Ordovicien
Les groupes de protéines homologues présents chez le plus récent ancêtre commun des Embryophyta sont pour la majorité impliqués dans la modification d’autres protéines et dans leur transport : les scientifiques ont trouvé des transférases, des oxydoréductases et des ligases, des protéines de transport et des protéines de trafic membranaire. Les groupes homologues présents chez le plus récent ancêtre commun des Streptophyta remplissent des rôles dans la régulation des gènes et dans la division des cellules : ont été identifiés des facteurs de transcription et des protéines cytosquelettiques.
Les Streptophyta, donc toutes les plantes terrestres en plus de certaines algues, sont apparus en même temps que de nombreux facteurs de transcription spécifiques aux plantes (p. ex., HD-ZIP) et qu'une paroi cellulaire de plus en plus complexe. Cette "explosion" du nombre de protéines a eu lieu chez les plantes terrestres ; cela indique que les gènes qui y sont associés ont évolué durant la transition vers la terre pendant l’Ordovicien, il y a 473 millions d’années. Ces nouvelles protéines se sont en effet révélées cruciales dans la transition car elles ont permis aux plantes de surmonter des défis auxquels elles n’avaient pas à faire face en milieu aquatique.
2 épisodes de diversification génétiques ont ponctué l’évolution des plantes terrestres
"Après avoir comparé plus de 200 génomes du règne végétal, nous avons découvert que l'origine des plantes terrestres est associée à deux explosions de nouveaux gènes, un niveau de nouveauté génomique sans précédent. Nos résultats remettent en question les vues antérieures selon lesquelles cette transition serait plus progressive au niveau génétique", explique dans un communiqué le Dr Jordi Paps de l'École des sciences biologiques de Bristol et chercheur principal de l’étude. En effet, avant la transition mer-terre, le génome végétal avait déjà « explosé ».
Les Streptophyta sont bien apparus à l’issue d’une révolution génétique, comme le prouvent les 50 groupes de protéines homologues qui n’appartiennent qu’aux Streptophyta. Cependant, les Streptophyta contiennent quand même des espèces d’algues, et donc pas exclusivement des plantes terrestres. Le groupe Embryophyta, lui, ne contient que des plantes terrestres, et certaines de ses protéines ne sont présentes nulle part ailleurs, elles ont donc dû apparaître juste avant la transition, que tous les Embryophyta ont entrepris. Les groupes Streptophyta et Embryophyta ont donc tous les 2 été précédés par une « explosion » génétique. Le premier événement, avant celui qui a permis la transition, a eu lieu il y a 629 millions d’années et a participé à l’évolution de la multicellularité de toutes les plantes.
Le règne végétal est bien meilleur ingénieur génétique que le règne animal
Parmi les 208 génomes investigués, 10 provenaient de cellules animales. L’analyse du contenu génétique des génomes ancestraux du règne végétal révèle que l'émergence de la multicellularité (Streptophyta) et de la terrestrialité (Embryophyta) ont été chacune favorisées par une « explosion » génétique, ce qui contraste avec l’évolution du règne animal (Metazoa), qui n’a connu qu’un seul et unique élan de diversification génétique car elle n’accompagnait pas de changement d'environnement tel que celui que les plantes terrestres ont surmonté. Chez les animaux, la seule « explosion » génétique a réussi à multiplier par 5 le nombre de gènes présent chez le plus récent ancêtre commun à tous les Metazoa. Le génome végétal a au fil du temps été multiplié, lui, par 10.