Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada
Symbol of the Government of Canada

Liens de la barre de menu commune

Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2004

Patrick Keeling

Botanique

The University of British Columbia


Patrick Keeling
Patrick Keeling

En évolution, les changements à grande échelle se produisent dans le cadre d'adaptations graduelles : cette notion est extrêmement connue en biologie. Les caractéristiques fondamentales des animaux et des plantes ne subissent pas de modifications soudaines d'une génération à l'autre. Il ne se produit pas de grands sauts, et certainement pas de déglutition… génétiques. Ou bien, en existe-t-il?

Un chercheur canadien incite les biologistes à repenser l'éventail des mécanismes évolutifs possibles qui ont façonné et continuent de façonner la vie, et cela, grâce à l'étude détaillée de certaines des créatures les plus minuscules du monde, habituellement laissées pour compte : les protistes.

« Si vous êtes intéressés à étudier les transitions qui importent réellement en évolution, il vous faut sans contredit examiner le monde des microbes, car c'est là que toute l'action a eu lieu », déclare le professeur Patrick Keeling, chercheur de l'Institut canadien des recherches avancées à la University of British Colombia et l'un des six lauréats d'une Bourse commémorative E.W.R. Steacie du CRSNG de 2004.

Dans le monde des eucaryotes – créatures dont les cellules ont un noyau, contrairement aux bactéries, qui n'en ont pas – les protistes font partie de « l'autre » groupe. Les eucaryotes dont on parle le plus portent de la fourrure (les animaux), ou des fleurs (les plantes), ou sont au moins parfois comestibles (les champignons). Toutefois, ce qui manque aux protistes (principalement des micro-organismes unicellulaires) sur le plan de la taille, est compensé par leur nombre. En effet, ils constituent de loin le groupe le plus étendu et le plus diversifié de la planète au sein des eucaryotes et vont des organismes photosynthétiques marins au parasite Plasmodium, qui cause le paludisme.

Selon le professeur Keeling, la diversité des protistes offre un moyen fantastique d'étudier l'évolution moléculaire des eucaryotes, et la portée de ses recherches reflète cette diversité. En effet, il a découvert deux des cinq cas de déviation par rapport au code génétique standard (ces règles qui guident la transcription de l'ADN en acides aminés) que l'on sait exister chez les eucaryotes. Son groupe de recherche contribue également à un effort international visant à construire un arbre exact des eucaryotes.

Mais ce qui enthousiasme réellement le professeur Keeling au sujet des protistes, c'est l'endosymbiose. C'est le processus par lequel une cellule en ingère une autre, mais plutôt que de la digérer, l'incorpore dans ses propres mécanismes cellulaires. Il s'agit littéralement d'un cas d'évolution par ingestion.

La recherche effectuée par le professeur Keeling et de nombreux autres indique que c'est ainsi que les plastes se sont développés chez les premiers eucaryotes. Tout comme les organismes plus gros, les créatures unicellulaires ont des organes, appelés organites, qui sont responsables des processus vitaux de base, allant de la conservation de l'énergie à la reproduction. Les plastes sont les organites de la photosynthèse chez les plantes et certaines algues, et les mitochondries sont les centrales d'énergie responsables de la majeure partie du métabolisme des sucres dans toutes les cellules eucaryotes. On croit que ces deux plastes ont leur origine chez les anciens eucaryotes qui engloutissaient et gardaient des bactéries.

Chez les créatures multicellulaires, cette évolution par ingestion est largement reléguée à leur passé embryonnaire. Lorsque nous mangeons un hamburger et des frites, l'ADN qui pénètre dans nos cellules intestinales n'a aucune chance d'aboutir dans un spermatozoïde ou dans un ovule. En revanche, comme les protistes se reproduisent par division cellulaire, il ne peut exister d'obstacle aux structures reproductrices.

« Lorsqu'un protiste obtient un nouveau gène, tous ses rejetons l'obtiennent également », commente le professeur Keeling.

Alors, dans quelle mesure cette génétique digestive est-elle répandue? Plus tôt cette année, le professeur Keeling a rapporté les premières preuves de l'existence d'un transfert latéral généralisé et substantiel de gènes chez les eucaryotes — c'est-à-dire le mouvement de gènes d'une espèce à une autre, phénomène qui pourrait semble-t-il se faire par ingestion.

Son groupe de recherche a étudié les gènes nucléaires qui fabriquent les protéines ciblées par un plaste chez l'algue marine tropicale Bigalowiella natans. On sait que ce plaste provient d'une algue verte ingérée par le protiste par endosymbiose, de sorte que tous les gènes de ce plaste devraient refléter cette origine. Cependant, environ 20 p. 100 de ces gènes provenaient d'autres sources.

« Sur le plan phylogénétique, on les retrouvait littéralement partout », indique le professeur Keeling.

Afin d'obtenir un point de comparaison, les membres du groupe du professeur Keeling ont comparé ces gènes aux mêmes gènes provenant d'une autre algue verte (Chlamydomonas), mais ils n'ont trouvé aucune des anomalies inattendues.

« L'une des grandes différences entre Chlamydomonas et Bigalowiella est que Chlamydomonas n'ingère pas d'autres organismes tandis que Bigalowiella le fait, explique le professeur Keeling. Par conséquent, nous croyons que ce processus d'ingestion d'autres organismes procure une source fantastique de gènes provenant d'une gamme d'organismes. La combinaison de l'ingestion d'autres organismes et du caractère unicellulaire constitue un mécanisme presque parfait pour prélever des gènes de son environnement et pour les intégrer dans son propre génome. »

Cette découverte indiquait que le transfert latéral de gènes, que l'on croyait répandu seulement chez les bactéries, entre également en jeu chez les eucaryotes.

« Le transfert latéral des gènes est fondamental pour comprendre le fonctionnement du génome des eucaryotes. En pratique, il n'est pas sans importance, car il signifie qu'un organisme peut évoluer par sauts et par bonds plutôt que simplement grâce à de lents changements graduels », poursuit le professeur Keeling.

Dans le cadre des recherches qu'il effectue à titre de boursier Steacie du CRSNG, le professeur Keeling continuera à étudier Bigalowiella pour voir si les preuves du transfert latéral des gènes s'appliquent à tout le génome des protistes et si d'autres organismes sont touchés de la même façon. Il travaillera en outre sur des organismes qui utilisent une variante du code génétique pour étudier comment un génome s'adapte à un nouveau code génétique et quels sont les autres facteurs touchés par ce changement.