La forme plus claire de la mite s’est rétablie lorsque de nouvelles lois visant à lutter contre la pollution industrielle ont nettoyé son habitat.Kim Taylor/naturepl.com Une analyse génétique permet de percer les mystères de l’un des exemples les plus connus de sélection naturelle – la forme sombre de la mite poivrée, qui s’est répandue rapidement dans l’environnement industriel et fuligineux de la Grande-Bretagne au XIXe siècle.
Ilik Saccheri, biologiste de l’évolution à l’université de Liverpool, au Royaume-Uni, et ses collègues ont utilisé la génétique moléculaire pour montrer qu’une mutation provenant d’un seul ancêtre provoque une augmentation du pigment foncé, appelée mélanisme, chez le papillon de nuit typiquement clair. Leurs résultats sont publiés aujourd’hui dans Science1.
« C’est une grande avancée en ce qui concerne le mélanisme industriel des mites poivrées », déclare Laurence Cook, un généticien des populations à la retraite de l’Université de Manchester, au Royaume-Uni, qui étudie la mite poivrée depuis les années 1960. « Nous avons continué pendant très longtemps en ne connaissant que la génétique mendélienne classique. »
La forme typique de la mite poivrée (Biston betularia) a des ailes claires tachetées de petites taches sombres, un camouflage bien adapté pour se cacher des oiseaux prédateurs sur l’écorce des bouleaux communs à leur habitat. Mais à la suite de la révolution industrielle, tant en Grande-Bretagne qu’en Amérique du Nord, l’air est devenu pollué par une suie sombre, qui recouvrait de nombreuses surfaces, y compris les arbres.
C’est alors qu’une forme sombre de la mite poivrée a vu sa population exploser, probablement parce que les oiseaux prédateurs ne pouvaient pas la voir clairement sur les surfaces couvertes de suie et mangeaient plutôt la forme claire. Lorsque les réglementations ont réduit la pollution atmosphérique dans les années 1970, les populations de mites sombres ont commencé à chuter et la forme claire a refait surface.
Des changements de population aussi évidents sur une période de temps relativement courte ont fait de la mite poivrée un exemple de manuel de sélection naturelle, mais la base génétique de la montée et de la chute de la forme sombre n’a pas été comprise. Des preuves antérieures2 montrent que la coloration foncée n’est associée à aucune des voies génétiques déjà connues pour provoquer le mélanisme chez les insectes, et il n’était pas clair si la forme foncée de la mite était apparue plusieurs fois ou une seule.
Mise en correspondance des traits
L’équipe de Saccheri a utilisé une technique génétique appelée cartographie de liaison pour rechercher le gène responsable. Une carte de liaison place les traits dans des groupes en fonction de la fréquence à laquelle ils sont transmis ensemble à la génération suivante, ce qui indique la proximité de leur emplacement sur un chromosome. Plus les traits sont proches dans la séquence génétique, moins il est probable qu’ils soient séparés pendant la division des cellules sexuelles, et plus il est probable qu’ils soient transmis ensemble.
Pour réaliser la carte, Saccheri et ses collègues ont croisé à deux reprises un papillon de nuit mâle foncé avec une femelle de couleur claire ; il en est résulté 132 descendants aux traits variés. Les traits les plus souvent hérités en même temps que la coloration foncée ont été mis en correspondance avec les gènes du ver à soie (Bombyx mori) – une espèce de papillon de nuit étroitement apparentée dont le génome a été séquencé.
L’emplacement des gènes des traits a pointé vers une région étroite du chromosome 17, où les scientifiques disent qu’une seule variante de gène est probablement responsable du mélanisme de la mite poivrée, bien qu’ils ne sachent pas encore exactement laquelle.
Une fois la région chromosomique identifiée, les chercheurs ont examiné des échantillons de mites collectés dans toute la Grande-Bretagne entre 1925 et 2009. Le même groupe de variantes génétiques s’est blotti dans la région chromosomique la plus proche de la mutation chez les papillons de nuit, ce qui constitue une preuve solide que la sélection naturelle a agi récemment sur une mutation avantageuse provenant d’un seul individu. Si une mutation était présente dans la population depuis plus longtemps, ou provenait de plusieurs individus, la sélection des traits hérités ensemble varierait plus largement.
« Ce n’est pas seulement la seule mutation qui a été balayée dans la population, c’est tout ce morceau de chromosome qui a fait de l’auto-stop », explique Saccheri.
ADVERTISSEMENT
Maintenant que les chercheurs se sont rapprochés d’une région chromosomique, ils peuvent utiliser le séquençage génétique pour rechercher le gène responsable du mélanisme de la mite poivrée, puis déterminer sa fonction plus large. Ils peuvent également le comparer au même gène chez les mites poivrées d’Amérique du Nord et voir si la même mutation est responsable de la montée et du déclin parallèles de la mite sombre là-bas.
En outre, quelques gènes de papillons qui contrôlent la couleur se trouvent dans la même région chromosomique que la mutation du mélanisme, de sorte que les chercheurs pourraient être sur une voie de contrôle des pigments non encore identifiée, commune aux papillons de nuit et aux papillons, disent-ils.
Une meilleure compréhension de la génétique de la mite poivrée « complétera l’ensemble » des recherches sur « le meilleur exemple d’adaptation impliquant la sélection naturelle que nous ayons », déclare Bruce Grant, un généticien des populations à la retraite du College of William and Mary à Williamsburg, en Virginie.