Darwin a rencontré la Reine Rouge |

Carlos Roberto Fonseca, Université fédérale du Rio Grande do Norte (UFRN) au Brésil, revient sur son article : La Reine Rouge dévoile les stratégies sexuelles et d’accouplement des fleurs

En 1876, Charles Darwin écrivit le livre «Les effets du croisement et de l’autofécondation dans le règne végétal » pour répondre à une question simple mais importante : si l’autofécondation est le moyen le plus simple de produire des graines, pourquoi tant d’espèces ont-elles développé de nombreux mécanismes pour permettre ou imposer la fécondation croisée ? Après avoir montré les données de 13 années d’expériences de sélection réalisées dans ses jardins, il a conclu que « la fécondation croisée est généralement bénéfique et l’autofécondation nuisible ». Bien que Darwin ait clairement démontré le phénomène de dépression de consanguinité provoqué par l’autofécondation, les mécanismes derrière les avantages de la fécondation croisée restaient à découvrir. réalisée sur 1884 plantes européennes, nous avons trouvé des preuves que la pression herbivore, causée par les insectes se nourrissant de feuilles, de tiges, de racines et d’autres parties de plantes, provoquait l’évolution de nombreux traits sexuels et d’accouplement clés déterminant les niveaux de croisement.

La théorie

Nous n’avons pas trouvé cela par hasard. Au lieu de cela, il s’agissait d’une prédiction directe de l’hypothèse de la Reine Rouge, proposée par les évolutionnistes. DA Levin et WD Hamiltonqui stipule que le sexe est une adaptation des hôtes contre leurs parasites (définis comme des ennemis naturels de courte durée).

Le raisonnement derrière cette théorie est qu’en raison de leurs cycles de vie plus courts, les taux d’évolution des gènes d’attaque des parasites sont beaucoup plus élevés que les taux d’évolution des gènes de défense des hôtes. Si les hôtes se reproduisent de manière asexuée, produisant des copies d’eux-mêmes génération après génération, leurs gènes de défense ont tendance à devenir rapidement obsolètes. En revanche, les hôtes sexuels, à chaque événement reproducteur, mélangent la moitié de leurs gènes de défense avec la moitié de leurs partenaires pour produire une progéniture dotée de combinaisons de défenses uniques ou rares. Ainsi, le sexe rend la vie du parasite beaucoup plus difficile.

Les prédictions

Chez les plantes, il existe de nombreux traits floraux qui déterminent si une plante effectue une autofécondation, produisant une progéniture qui mélange les défenses déjà présentes dans le génome de la plante mère, ou une fécondation croisée, produisant une progéniture qui est un mélange des gènes de défense de la plante mère avec les gènes de défense des plantes voisines. Dans notre étude, nous avons testé la prédiction interspécifique selon laquelle les espèces végétales associées à une plus grande richesse en insectes herbivores (utilisées comme indicateur d’une pression herbivore plus élevée, plus diversifiée et cohérente sur l’espace géographique et le temps de l’évolution) devraient avoir des traits sexuels et d’accouplement conduisant à une allogamie.

Nos découvertes

Les résultats ont été frappants. Neuf des dix caractères sexuels et sexuels sélectionnés qui modulent les niveaux de croisement ont répondu comme prévu au gradient de richesse en insectes (de une à 501 espèces d’herbivores par espèce végétale).

Par exemple, la probabilité d’être auto-incompatible, un trait reproducteur fondamental contrôlé par quelques gènes, est passée de 20 % à 70 % sur l’ensemble du gradient de richesse en insectes. En outre, les plantes hermaphrodites associées à davantage d’insectes herbivores avaient une probabilité plus élevée que leurs organes mâles et femelles mûrissent de manière asynchrone, inhibant ainsi l’autofécondation.

La probabilité d’hermaphrodisme a chuté de 46 % à 3 % le long du gradient de richesse en insectes, tandis que la probabilité d’exposer des fleurs et des plantes ayant des stratégies sexuelles différentes a augmenté, favorisant la croisement.

De plus, les plantes utilisées par une plus grande richesse d’insectes herbivores avaient une probabilité plus élevée de fécondation croisée et présentaient un rapport pollen/ovule plus élevé, une mesure traditionnellement considérée comme un indicateur quantitatif du système de sélection. Cela corrobore un étude récente dans lequel nous avons démontré que les plantes hermaphrodites utilisées par davantage d’insectes allouent relativement plus de biomasse aux organes mâles plutôt qu’aux organes femelles, affichant ainsi une plus grande masculinité des fleurs.

Enfin, nous avons démontré que les plantes utilisées par une plus faible richesse d’insectes herbivores avaient plus tendance à utiliser également des moyens de reproduction non sexuels (par exemple, les stolons), tandis que les plantes soumises à une plus forte pression herbivore étaient plus enclines à se reproduire exclusivement par des graines générées par le sexe.

Autres implications pour la biologie de la pollinisation

Nos résultats aident également à expliquer la question « Pourquoi les plantes embauchent-elles des pollinisateurs coûteux pour effectuer une fertilisation croisée ? » En effet, nous avons découvert que les plantes pollinisées par les insectes utilisées par une plus grande richesse d’insectes herbivores dépendent davantage de leurs pollinisateurs mutualistes pour effectuer une fertilisation croisée, s’appuyant moins sur l’autofécondation. Cela suggère que lorsque les plantes sont soumises à une pression herbivore relativement plus faible, elles peuvent compter sur l’autofécondation ou sur des pollinisateurs de petite taille et à faible coût, tandis que les plantes soumises à une pression plus élevée sont obligées d’embaucher des pollinisateurs de grande taille et coûteux, capables d’effectuer des échanges de pollen sur de longues distances, assurant ainsi une progéniture unique et bien défendue.

De plus, nos résultats ont également démontré que les plantes pollinisées par le vent soumises à une pression herbivore plus élevée, au lieu de dépendre de l’autofécondation, dépendent davantage du vent pour effectuer une fertilisation croisée.

Conclusion

Bien qu’il soit largement reconnu que l’évolution des fleurs est étroitement liée à leurs pollinisateurs mutualistes associés, nous avons montré ici que les insectes herbivores antagonistes jouent un rôle important dans l’évolution de nombreux traits sexuels et sexuels clés des plantes. Ainsi, 150 ans après que Darwin ait formulé une question très importante concernant la stratégie de reproduction des plantes, nous fournissons de multiples éléments de preuve selon lesquels la dynamique de la Reine Rouge module l’évolution du gradient de consanguinité-croisement à travers les angiospermes.