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Une étude menée par l’équipe de Laurent Keller au Département d’écologie et évolution de l’UNIL montre comment le supergène qui dicte la vie sociale des fourmis de feu a émergé au cours du temps et s’est propagé au sein des six espèces actuelles. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue "PNAS".
Chez les fourmis de feu (genre Solenopsis), deux formes d’organisation sociale distinctes coexistent au sein d’une même espèce. Dans un cas, les colonies n’abritent qu’une seule reine (forme monogyne), dans l’autre, elles peuvent en contenir plusieurs dizaines (forme polygyne). Le mode de dispersion diffère également puisque dans les colonies monogynes, les nouvelles reines s’envolent pour pondre des œufs et fonder, seules, une société. Dans les colonies polygynes, au contraire, les nouvelles reines rejoignent, généralement en marchant, une communauté préexistante.
La clé de la diversité: un supergène «social»
L’équipe de Laurent Keller, professeur ordinaire au Département d’écologie et évolution (DEE) de la Faculté de biologie et de médecine de l’UNIL, a découvert, en 2013, que ces variations de structures sociales sont dues à un supergène. Lorsque celui-ci est présent, le mode de vie des insectes est polygyne. Dans le cas contraire, il est monogyne.
Situé sur le chromosome 16 des six espèces actuelles de fourmis de feu, ce supergène est apparu à la suite de trois inversions chromosomiques, phénomènes au cours desquels des segments d’ADN se sont brisés et tournés, bloquant le brassage génétique naturel. 476 gènes se sont soudés (formant ainsi le supergène) et sont, depuis, transmis d’un bloc de génération en génération. «Un cas de figure semblable à celui des chromosomes sexuels: nous héritons de X ou de Y complets, pas seulement d’une partie», illustre Laurent Keller.
Inversions successives
Dans l’étude parue mi-août 2022 dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), l’équipe de l’UNIL révèle, grâce à des techniques pointues de phylogénie, que les trois inversions chromosomiques qui ont mené à la création du supergène ont émergé successivement, dans un laps de temps court, il y a environ 500'000 ans.
«Contrairement à nos suppositions, le supergène n’est pas apparu chez un seul ancêtre commun à toutes les fourmis de feu actuelles», relève le directeur des recherches, Laurent Keller. En effet, la première inversion s’est produite chez l’aïeul de Solenopsis invicta et Solenopsis richteri. La deuxième a eu lieu au moment de la formation des deux espèces. Enfin, la troisième et dernière inversion est apparue chez Solenopsis richteri. «Le supergène à proprement parler est donc né chez cette fourmi», explique le DrSc. Quentin Helleu, postdoctorant au DEE et premier auteur de l’étude. Il s’est ensuite propagé par hybridation (croisements entre espèces proches). En s’accouplant, Solenopsis richteri l’a dans un premier temps transmis à sa cousine Solenopsis invicta – la plus répandue dans la zone d’origine des fourmis de feu, l’Amérique du Sud – qui l’a dans un second temps très vraisemblablement transféré aux quatre dernières espèces.
J’y suis, j’y reste!
Les scientifiques ont trouvé très peu de reliques de ces événements d’hybridation dans le génome des fourmis de feu. Seule trace clairement visible: le supergène, qui a bravé 500 millénaires d’évolution pour être présent, aujourd’hui encore, chez les six espèces de Solenopsis. «Il s’agit d’un élément génomique très persistant dans le temps et nos travaux montrent qu’il peut facilement franchir les frontières entre espèces proches, probablement parce qu’il procure de gros avantages aux animaux en termes de reproduction et de survie», détaille Quentin Helleu.
Chez les fourmis de feu, l’existence de sociétés polygynes rendue possible grâce au supergène, est en effet bénéfique: les nombreuses reines peuvent se disperser très rapidement pour coloniser, parfois en quelques heures, de nouveaux territoires. Les espèces invasives s’avèrent d’ailleurs souvent polygynes, à l’image de Solenopsis invicta, la plus problématique puisqu’elle ravage les cultures dans les pays où elle a été introduite (principalement aux États-Unis et en Chine), ou de Tapinoma magnum, qui a envahi Cully en 2017 puis s’est répandue ailleurs dans le canton de Vaud (Suisse), notamment à Pully, Saint-Sulpice, Écublens et Lausanne.
Autre exemple d’avantage fourni par un supergène: chez des papillons d’Amérique du Sud (Heliconius numata), un supergène permet à certains individus d’arborer sur leurs ailes les mêmes motifs colorés que des papillons toxiques et de bénéficier ainsi d’une protection contre les prédateurs.
Travail de fourmi
Les biologistes affinent actuellement leurs recherches pour comprendre quelles régions exactes du supergène contrôlent les différentes caractéristiques sociales et morphologiques des animaux. Plus largement, le groupe de Laurent Keller continue d’explorer les principes génétiques qui régissent les sociétés d’insectes. Dans une étude parue récemment dans Current biology, les scientifiques ont séquencé 65 génomes de fourmis, ce qui leur a permis de construire l’arbre phylogénétique des 17 sous-familles connues dans le monde. Ils ont également démontré que ces insectes sont apparus il y a environ 150 millions d’années et que les grands changements génétiques qui leur ont permis de développer une organisation sociale complexe ont eu lieu durant les premiers 20 millions d’années de leur histoire.