Un groupe de recherche de l’Université de Fribourg a reproduit en laboratoire comment le doublement du génome d’une plante influence son adaptation à la chaleur. Ce doublement du génome n'a pas apporté d’avantage immédiat. Seule l'évolution ultérieure favorise l’adaptation des plantes à la chaleur. Ces avancées fondamentales pourraient avoir des répercussions concrètes en agriculture car la plupart des plantes que nous utilisons ont un génome doublé et, probablement, un certain potentiel pour s’adapter aux climats de demain.

Publié dans la prestigieuse revue internationale PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America), l’équipe du professeur Christian Parisod de l’Université de Fribourg a cherché à savoir si des avantages apparaissent immédiatement après le doublement du génome d’une plante ou seulement après une longue période d'évolution. Le génome est l'ensemble des informations génétiques d'une plante. Son doublement est très courant chez les plantes et constitue un moteur important de leur évolution.

Pas de super-pouvoirs immédiats
Les espèces à génome doublé sont particulièrement fréquentes parmi les plantes cultivées, comme le blé, la pomme de terre ou le colza, mais aussi dans certains environnements difficiles. Ainsi, on pense souvent que doubler le génome donne immédiatement de nouveaux super-pouvoirs évolutifs aux plantes et que cela aurait favorisé leur survie lors de grands bouleversements climatiques.

L’équipe de recherche a étudié la lunetière lisse (Biscutella laevigata), une plante des Alpes qui existe naturellement sous deux formes: une forme diploïde correspondant au génome non doublé, et une forme tétraploïde résultant d’un doublement naturel du génome survenu il y a plusieurs milliers de générations.

L’étude a comparé les performances de plantes naturellement diploïdes et tétraploïdes avec celles de plantes tétraploïdes synthétiques, créées en laboratoire en doublant le génome de plantes diploïdes. Les plantes ont été exposées à des températures quotidiennes normales (20°C) ou stressantes (plus de 40°C) durant plus de trois mois. Cette approche a ainsi permis de comparer les conséquences immédiates d’un doublement du génome à celles observées après des milliers de générations d’évolution.

Seulement l'évolution transforme un handicap génétique en atout
L’étude montre que le doublement du génome, à lui seul, n'améliore pas immédiatement les performances des plantes. Il est d’abord coûteux avec des plantes qui poussent plus lentement et qui sont moins performantes quelle que soit la température. En revanche, les tétraploïdes naturels présentent de meilleures performances que les tétraploïdes synthétiques. Cette différence indique qu'une longue période d'évolution a progressivement compensé les désavantages initiaux du doublement du génome et trouvé des solutions pour permettre à ces plantes d’affronter de longues canicules.

De nombreuses études suggéraient simplement que le doublement du génome favorisait immédiatement l'adaptation. Les nouvelles recherches menées par l'équipe du professeur Parisod montrent désormais que les grandes innovations évolutives telles que le doublement du génome ne produisent pas leurs effets immédiatement, mais créent un potentiel qui est ensuite façonné par la sélection naturelle au fil des générations.

Publication : Evolution after whole-genome duplication (WGD) drives phenotypic and transcriptomic divergence more than WGD in an autopolyploid herb, PNAS.
DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2533430123