Le gagnant ne prend pas toujours tout
Prédit théoriquement, désormais prouvé expérimentalement pour la première fois avec des bactéries du sol : Les organismes les plus faibles peuvent s'imposer face aux plus forts - s'ils sont plus nombreux. Il s'agit là d'un mécanisme moteur pour le maintien de la diversité génétique.
La bactérie Myxococcus xanthus est un microbe particulier. Il vit dans les sols, presque partout dans le monde. Autre particularité :M. xanthusest capable d'interactions sociales, c'est-à-dire que les individus se regroupent pour partir ensemble à la chasse - à d'autres bactéries ou champignons. En période de détresse, plusieurs bactéries de ce type peuvent former ensemble des fructifications avec des spores, qui peuvent survivre longtemps sans eau ni nutriments. Les bactéries génétiquement proches y parviennent particulièrement bien. Si les individus sont trop différents génétiquement, ils peuvent se gêner mutuellement, voire se détruire.
de M. xanthus il existe de nombreuses variantes ou souches génétiques - des plus compétitives et des plus faibles. La tendance est que les souches fortes éliminent les souches plus faibles, ce qui, à terme, devrait entra?ner la perte de la diversité des souches. Mais le tableau est tout autre : même à une faible distance d'un centimètre, de nombreuses souches génétiquement différentes peuvent être présentes dans le sol. M.-xanthus-Il existe de nombreuses souches de bactéries. Jusqu'à présent, les chercheurs n'ont pu que spéculer sur la raison et la manière dont cette diversité est maintenue. Selon l'une des théories, les souches peu compétitives se maintiennent dans la population si elles peuvent occuper une niche propre que le dominant ne peut pas coloniser.
Tournoi de chevalerie avec des bactéries
La chercheuse de l'ETH Olaya Rendueles est la première à avoir pu prouver expérimentalement que cette théorie s'applique à la vie bactérienne réelle. La post-doctorante travaille à l'Institut de biologie intégrative de l'ETH Zurich dans le groupe du professeur Gregory J. Velicer. Velicer possède l'une des plus grandes collections de M. xanthus-Il a plus de 1000 souches différentes en culture dans son réfrigérateur.
Afin de déterminer quels sont les facteurs responsables de la grande diversité de la bactérie du sol, Rendueles a étudié la force concurrentielle de quelques Myxococcus xanthus-Les chercheurs ont comparé les variantes. Elle vient de publier son étude dans la revue spécialisée "Current Biology".
Sur des plateaux de culture, la chercheuse a organisé une sorte de tournoi de chevalerie. Elle a d'abord testé quelle tribu s'imposait lors d'un duel en un contre un. Il s'est avéré que la plus forte s'imposait toujours et détruisait la plus faible. C'est ainsi que la diversité s'est perdue.
Ce n'était pas le cas lorsque le faible en concurrence était numériquement supérieur au fort dans un rapport de 99:1. Dans ce cas, le plus faible détruisait le plus fort. Les spécialistes appellent cet avantage sélectif d? à une supériorité numérique "sélection positive dépendante de la fréquence" (fréquence comme synonyme de fréquence).
Une niche sauve les plus faibles en termes de concurrence
Si Rendueles disposait les duels en échiquier sur quatre cases - sur une case blanche, la supériorité du plus faible, sur une case noire, la supériorité du plus fort, c'était toujours le plus fort en nombre qui s'imposait sur la case en question.
Mais : si le moins compétitif s'était imposé sur son terrain gr?ce à sa supériorité numérique, il conservait ce terrain avec succès. Le plus fort en termes de concurrence n'a pas pu conquérir cette niche. Une barrière sociale entre les tribus génétiquement différentes empêchait l'envahissement. Rendueles a découvert que deux souches différentes ne pouvaient se battre qu'au contact direct d'individus isolés, et non à distance, comme par exemple par le biais d'antibiotiques qui tuent l'adversaire. Dans l'ensemble, la diversité de la population totale, qui comprend les quatre champs, a donc été préservée.
Pour Rendueles, cela indique clairement que la sélection positive dépendante de la fréquence peut maintenir, voire favoriser la diversité des génotypes au sein d'une population, si les variantes moins compétitives d'une espèce peuvent se maintenir dans des niches inaccessibles aux dominantes.
La fréquence comme avantage sélectif
"C'est la première preuve expérimentale de ce mécanisme prédit théoriquement", se réjouit la post-doctorante. Si la population n'était pas répartie de manière inégale, par exemple dans une solution aqueuse comme dans la mer, l'histoire serait différente, ajoute-t-elle. Dans une telle situation, où toutes les souches présentes peuvent se mélanger fortement, seule la souche bactérienne la plus compétitive ou la plus nombreuse survivrait. Cela conduit inévitablement à une diminution de la diversité génétique.
La preuve expérimentale de l'hypothèse de la sélection dépendant positivement de la fréquence comme mécanisme de maintien de la diversité est importante parce que jusqu'à présent, seule une théorie plus ancienne et bien établie, celle de la sélection dépendant négativement de la fréquence, était considérée comme le principal mécanisme de maintien de la diversité. Dans cette sélection, les variantes génétiques rares peuvent avoir un avantage sur les variantes dominantes fréquentes, car elles sont moins souvent victimes de prédateurs. Par exemple, les variantes de couleur divergentes d'une population de papillons échappent à un prédateur parce qu'elles sont mieux camouflées que le gros de la population. Cet avantage sélectif n'existe que tant que la variante génétique de couleur de camouflage reste rare.
En revanche, la sélection dépendant positivement de la fréquence était jusqu'à présent considérée comme réduisant la diversité ("the winner takes it all"). "Nous montrons maintenant que la sélection positivement dépendante de la fréquence peut également préserver la diversité en permettant aux variantes de gènes plus faibles de survivre si elles sont supérieures en nombre aux variantes dominantes", explique Rendueles.
Les chercheurs sont persuadés que ce mécanisme n'est pas seulement M. xanthus mais aussi pour de nombreux autres organismes.
Référence bibliographique
Rendueles O, Amherd M, Velicer GJ : Positively Frequency-Dependent Interference Competition Maintains Diversity and Pervades a Natural Population of Cooperative Microbes. Current Biology 2015. In Press. DOI : page externe10.1016/j.cub.2015.04.057