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Chez les paramécies, la reproduction sexuée ne suit pas toujours les lois de Mandel. Des chercheurs viennent enfin de mettre le doigt sur le mécanisme mis en jeu dans une forme d’hérédité alternative. © Barfooz, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0
Les paramécies sont des organismes unicellulaires dont le matériel génétiquematériel génétique est enfermé dans un noyau. Lors de leur reproduction sexuée, appelée conjugaison, les partenaires s'échangent réciproquement du matériel génétique. Bien qu'hermaphrodites, ces organismes présentent deux types sexuels, appelés E et O, la conjugaison ne pouvant avoir lieu qu'entre types sexuels différents. Dès les années 1940, des chercheurs comme Tracy Sonneborn avaient remarqué que le type sexuel ne se transmettait pas à la descendance en suivant les lois de Mendel. Un nouveau type de transmission des caractères, ne dépendant pas des chromosomes, devait être à l'œuvre, mais ils n'avaient pas réussi à l'élucider.
Récemment, l'équipe d'Éric Meyer de l'institut de biologie de l'École normale supérieure (ENS) vient enfin d'élucider le mécanisme de cette hérédité alternative. Pour y parvenir, les chercheurs ont d'abord montré que la différence entre les types sexuels E et O tenait à une protéine transmembranaire appelée mtA. Bien que le gène qui la code soit présent chez les deux types sexuels, il ne s'exprime que chez les individus E. Ils ont ensuite montré le mécanisme par lequel ce gène était inactivé chez le type O. Leurs résultats sont publiés dans la revue Nature.
Lors de la reproduction sexuée chez la paramécie, de petits ARN appelés scnARN scrutent le génome pour éliminer les séquences indésirables. Ils servent aussi à modifier l’expression de certains gènes. © Caroline Davis, Flickr, cc by 2.0
Gènes passés sous silence par de petits ARN chez les paramécies
Les paraméciesparamécies possèdent deux noyaux : un micronoyau germinalgerminal transmis lors de la reproduction sexuée et un macronoyau somatiquesomatique où s'expriment les gènes de la cellule. Le mécanisme de transmission des types sexuels se base sur de petits ARN appelés scnARN, qui sont produits durant la méiose. La fonction originelle de ces ARN est d'éliminer du macronoyau toute une série de séquences génétiques, appelées éléments transposables, qui, à la manière des intronsintrons, se sont introduites à l'intérieur des gènes au cours de l'évolution.
Dans un premier temps, les scnARN scannent le macronoyau maternel afin d'identifier les séquences qui avaient été éliminées à la génération précédente, puis effectuent les mêmes réarrangements dans le nouveau macronoyau. Or, de façon inattendue, ce mécanisme de nettoyage du génome permet aussi à la cellule de mettre sous silence des gènes fonctionnels. Chez l'espèceespèce Paramecium tetraurelia, chez les individus de type O, les scnARN éliminent le promoteur du gène mtA, ce qui annule son expression. Ainsi, c'est par le biais des scnARN hérités avec le cytoplasmecytoplasme maternel, et non d'une séquence génétique particulière, que le type sexuel de la paramécie est défini.
Ce processus de mise sous silence peut à priori toucher n'importe quel gène. Les paramécies peuvent donc, en théorie, transmettre à leur descendance sexuelle une infinie variété de versions du génome macronucléaire à partir du même génome germinal. Comme pour l'hérédité génétique, ce mécanisme peut conduire à des erreurs qui, de temps en temps, apportent à la descendance un avantage sélectif. Autrement dit, le génome du macronoyau somatique de la paramécie pourrait évoluer en continu et permettre, dans certains cas, une adaptation à court terme aux changements de conditions environnementales. Ceci sans que des mutations génétiques soient impliquées. Cette forme d'hérédité de type lamarckien offrirait ainsi un levier d'action encore insoupçonné à la sélection naturelle.
