Une goutte gélatineuse au sommet d’une pierre humide a permis de découvrir que les bactéries ont probablement aidé les plantes à conquérir la terre. En 2006, lors d’un voyage de collecte de plantes à environ 50 kilomètres de l’Université de Cologne en Allemagne où il travaillait, le phycologue Michael Melkonian est tombé sur une algue inhabituelle, connue jusqu’alors uniquement d’après la description d’un historien français de la nature au XIXe siècle. Aujourd’hui, Melkonian et ses collègues ont analysé son génome – et celui d’un proche parent – pour traquer les gènes importants pour l’émergence de la vie dans l’eau. Au moins deux de ces gènes proviennent de bactéries du sol et ont probablement été transférés dans un ancêtre partagé par ces algues et plantes terrestres.
Le séquençage de ces deux algues, Spirogloea muscicola et Mésotaenium finisherianum, « est une étape importante dans le domaine de l’évolution précoce des plantes », déclare Jan de Vries, biologiste de l’évolution des plantes à l’université Georg August de Göttingen en Allemagne. Et le lien avec les bactéries du sol est un bonus supplémentaire. « Ce transfert horizontal de gènes peut avoir contribué à la colonisation des terres est assez excitant », déclare Pamela Soltis, biologiste de l’évolution des plantes à l’Université de Floride à Gainesville qui n’a pas été impliquée dans les travaux. Bien qu’il soit bien admis que les bactéries échangent des gènes, les exemples de transfert de gènes vers des organismes plus complexes sont encore controversés. Si ce cas tient le coup, cela démontre à quel point le processus peut être important pour l’évolution, ajoute-t-elle.
Elle et d’autres se demandent depuis des décennies comment les plantes ont touché terre. Comparer les génomes de parents proches est un moyen de déterminer à quel moment les traits de l’herbe ont évolué, mais ce n’est que depuis 2012 que les chercheurs ont considéré ces algues, qui font partie de la classe des Zygnematophyceae, comme les plus proches des plantes terrestres. La plupart des Zygnematophyceae sont aquatiques et ont des génomes énormes et compliqués, mais pas S. muscicola ou M. endlicherianum. Leurs génomes font moins d’un dixième de la taille du génome humain, et tous deux vivent sur des surfaces humides, suggérant une existence quelque peu terrestre.
Melkonian s’est donc associé au génomique Gane Ka-Shu Wong de l’Université de l’Alberta à Edmonton, au Canada, et a séquencé les génomes des algues. Ils ont ensuite comparé les deux génomes à ceux de neuf plantes terrestres et autres algues. Les chercheurs ont trouvé 902 gènes dans 22 familles de gènes que les deux algues semi-terrestres et les plantes terrestres partageaient mais qui manquaient aux autres algues. Ces gènes représentent ceux qui avaient évolué juste avant que ces deux groupes ne se séparent l’un de l’autre sur l’arbre généalogique de la plante, il y a environ 580 millions d’années.
La boîte à outils génomique pour faire face à la vie hors de l’eau était plus pleine que les chercheurs ne l’avaient prévu. Deux des familles de gènes partagées codent pour des gènes qui aident les plantes à faire face à la dessiccation et à d’autres stress.
À la surprise des chercheurs, ces gènes se trouvent également dans les bactéries du sol et dans aucun autre organisme. Parce que les bactéries ont évolué avant les algues, les chercheurs concluent ces gènes ont sauté dans l’ancêtre commun de ces algues et plantes terrestres des bactéries dans le sol voisin, ils rapportent aujourd’hui dans Cellule. Parce que les allégations de transferts de gènes horizontaux entre les bactéries et les organismes plus complexes sont souvent contestées en tant que contamination, les chercheurs disent qu’ils se sont assurés que les algues séquencées étaient pures et ont vérifié que les gènes à côté des gènes transférés étaient semblables à des plantes et non à des bactéries, comme ils le seraient. s’il s’agissait de contaminants. « Je suis très convaincu que les deux familles de gènes décrites dans l’article ont été acquises à partir de bactéries », déclare Jinling Huang, biologiste des plantes à l’Eastern Carolina University à Greenville, en Caroline du Nord.
Bien que le nouvel article présente les premiers génomes de Zygnematophyceae publiés, Jocelyn Rose, biologiste des plantes à l’Université Cornell, et ses collègues en ont analysé un autre, Pénium margaritaceum. Ils n’ont pas recherché de signes de transfert horizontal, mais dans une prépublication du 8 novembre, ils rapportent preuve de certaines adaptations à la terre, tels qu’un grand nombre de gènes pour les parois cellulaires et pour faire face à la lumière vive. Les deux études déposent « une pièce critique dans le puzzle qui révélera finalement les innovations évolutives qui ont permis l’émergence de plantes terrestres », a déclaré Rose.
De plus, dit James Doyle, biologiste émérite de l’évolution des plantes à l’Université de Californie, Davis, le Cellule papier « cimente vraiment la relation entre les Zygnematophyceae et les plantes terrestres d’une manière spectaculaire. » Et ensemble, les deux projets montrent que « les adaptations des terres sont antérieures aux plantes terrestres ».
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