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L’apparition du supergène des fourmis de feu décortiquée

Chez les fourmis de feu, un supergène rend possible l’existence de colonies polygynes (à plusieurs reines). Ici, quatre reines matures avec leur cortège d'ouvrières. © UNIL/Horace Zeng, Université de Géorgie, États-Unis
Chez les fourmis de feu, un supergène rend possible l’existence de colonies polygynes (à plusieurs reines). Ici, quatre reines matures avec leur cortège d'ouvrières. © UNIL/Horace Zeng, Université de Géorgie, États-Unis


Publié le 16.08.2022
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Une étude menée par des chercheurs lausannois 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. Ces résultats sont publiés dans la revue scientifique américaine 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), a indiqué mardi l'Université de Lausanne (UNIL) dans un communiqué.

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.

L’équipe de Laurent Keller, professeur ordinaire au Département d’écologie et évolution (DEE) 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.

Inversions successives

Dans son étude, l’équipe de l’UNIL révèle 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 Laurent Keller, cité dans le communiqué.

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 Quentin Helleu, postdoctorant au DEE et premier auteur de l’étude. Il s’est ensuite propagé par 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.

Peu de reliques

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", souligne 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 Etats-Unis et en Chine. C'est également le cas de Tapinoma magnum, qui a envahi Cully (VD) en 2017 puis s’est répandue ailleurs dans le canton de Vaud, notamment à Pully, Saint-Sulpice, Ecublens et Lausanne.

Génomes séquencés

Dans une autre étude parue récemment dans Current biology, les scientifiques lausannois 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, conclut l'UNIL.

ats

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