Zone de combat des genres

Depuis l'époque de Darwin, une question fondamentale hante les chercheurs en évolution : Comment se forment les différents sexes si les gènes des m?les et des femelles sont en grande partie les mêmes ?

Par exemple chez l'homme : Une différence génétique minime mais apparemment importante entre l'homme et la femme est que l'homme possède un chromosome Y. Son chromosome X est cependant identique à celui de la femme, qui en porte deux copies. Malgré cela, les hommes et les femmes se distinguent par leur morphologie ou leur comportement. Cela s'explique notamment par le fait que de nombreux gènes communs sont actifs en fonction du sexe.

Mais comment en est-on arrivé à ce que les gènes présentent des activités différentes dans les deux sexes ? Il n'est plus possible d'étudier ces évolutions chez l'homme, car elles sont trop anciennes, mais elles peuvent être étudiées chez les plantes : Des chercheurs dirigés par le professeur Alex Widmer de l'Institut de biologie intégrative de l'ETH ont donc utilisé deux espèces végétales proches pour répondre à la question de l'évolution des différences d'expression des gènes entre les sexes. L'étude vient d'être publiée dans la revue spécialisée "Nature Plants".

Comparaison des modèles d'activité des gènes

Chez l'?illet blanc dio?que (silene latifolia), les sexes sont assis sur des individus différents. Les uns ne portent que des fleurs femelles, les autres que des fleurs m?les. Sa proche parente, la leucorrhine à feuilles de pigeon (Silene vulgaris), présente des fleurs hermaphrodites, les individus purement femelles sont plus rares.

Les chercheurs supposent que l'expression des gènes chez la linaire correspond à l'état initial d'un ancêtre commun. Au cours de l'évolution, cet ancêtre a donné naissance à la linaire à fleurs hermaphrodites et à l'?illet d'Inde à sexes séparés. En outre, le corymbe a développé des chromosomes sexuels comme l'homme : les plantes m?les portent un chromosome X et un chromosome Y, les plantes femelles deux chromosomes X.

Les chercheurs de l'ETH ont maintenant analysé quels gènes sont actifs dans chaque sexe de l'?illet blanc et sur quels chromosomes ils se trouvent.

Pour mesurer quels gènes sont actifs, les scientifiques ont analysé leur expression. Celle-ci est une mesure de l'intensité avec laquelle un gène est lu par l'ADN. Lorsqu'un gène est "exprimé", des molécules d'ARN messager sont produites. Leur présence et leur quantité permettent de déterminer si un gène donné est actif et dans quelle mesure.

Même les chromosomes normaux ont une activité différente

Il s'est avéré qu'une grande partie des gènes sur les chromosomes sexuels sont exprimés différemment chez les m?les et les femelles. Cela indique que ces chromosomes jouent, comme prévu, un r?le important dans la formation des différences sexuelles.

Mais les chercheurs ont également trouvé sur les chromosomes "normaux", appelés autosomes, de nombreux gènes présents dans les deux sexes, mais exprimés différemment dans chaque sexe. Cela suggère que l'expression sexuée des gènes sur les autosomes contribue également à la différence sexuelle observable chez le lys blanc.

L'expression des gènes féminins plus fortement modifiée

Les chercheurs se sont ensuite demandé comment ces différences entre les sexes s'étaient formées au cours de l'évolution. Ils ont donc comparé l'activité des gènes de la glycérie hermaphrodite à celle des m?les et des femelles de l'?illet d'Inde. ? leur grande surprise, les scientifiques ont constaté des changements plus nombreux et plus importants dans l'expression des gènes chez les femelles que chez les m?les de l'?illet d'Inde par rapport à l'hermaphrodite de la glycine.

Les gènes qui s'expriment plus fortement chez les femelles que chez les m?les ont été spécifiquement régulés à la hausse chez les femelles au cours de l'évolution de sexes séparés. "Les gènes qui sont aujourd'hui plus fortement exprimés chez les m?les sont toutefois généralement apparus parce que leur activité a été réduite chez les femelles", explique Widmer.

La séparation des sexes, un avantage

Les chercheurs expliquent comme suit pourquoi la plupart des changements d'expression ont eu lieu chez les femelles : "Les femelles ont probablement plus profité de la séparation des sexes que les m?les", comme le montre également la comparaison entre l'?illet d'Inde et la linaire.

En effet, la glycérie hermaphrodite doit faire un compromis entre les fonctions m?le et femelle. La partie m?le de la fleur doit produire le plus de pollen possible et de bonne qualité, tandis que la partie femelle doit produire les graines. Pour la fonction féminine, cette répartition des t?ches pourrait être désavantageuse, car elle dispose de moins de ressources. "Les fleurs hermaphrodites sont la zone de combat des sexes", explique Widmer. Chez les individus à sexes séparés, en revanche, chaque sexe peut utiliser toutes les ressources pour sa t?che respective.

Les sexes séparés sont rares dans le règne végétal

Les sexes différents sont très répandus dans le règne animal, mais dans le règne végétal, les espèces hermaphrodites prédominent - malgré les avantages de la séparation des sexes. On ignore encore en grande partie pourquoi il en est ainsi. C'est pourquoi Widmer va lancer une nouvelle étude visant à examiner les avantages évolutifs des sexes séparés, mais aussi des hermaphrodites. Les espèces végétales dont les populations sont à la fois séparées et hermaphrodites constituent un système modèle.

Avec leur recherche, Widmer et son groupe soutiennent une idée que Charles Darwin avait déjà eue. Des sexes différents sont un avantage, car chaque sexe peut utiliser les ressources dont il dispose indépendamment de l'autre sexe.