Comprendre la base matérielle de l'évolution adaptative a été un objectif central de la biologie datant au moins du temps de Darwin. Un objectif des débats actuels est de savoir si l'évolution adaptative repose sur de nombreuses mutations avec des effets petits et à peu près égaux, ou est-il entraîné par une ou quelques mutations qui provoquent des changements majeurs dans les traits.
Les réarrangements chromosomiques où de gros morceaux de chromosomes sont inversés, déplacés, supprimés ou dupliqués, fournissent une source possible pour de telles « macromutations » à grande échelle. Cependant, la caractérisation des réarrangements chromosomiques avec des méthodes de séquençage d'ADN couramment essayées a été difficile.
De nombreux organismes, y compris les humains, sont diploïdes, ce qui signifie qu'ils ont deux ensembles de chromosomes – un de chaque parent. Il en va de même pour les insectes de bâton. Cela rend l'identification des réarrangements chromosomiques avec des espèces difficiles lors de l'assemblage des génomes.
Dans le passé, nous avons en moyenne des données de chaque ensemble de chromosomes, mais la précision limitée de cette méthode ne raconte pas toute l'histoire. L'utilisation d'approches plus récentes, moléculaires et de calcul qui génèrent des assemblages du génome progressifs, où les deux copies de chaque chromosome sont assemblées séparément, nous a permis de montrer directement à quel point les réarrangements chromosomiques complexes ont permis aux insectes de bâton de s'adapter en étant cryptique sur différentes plantes hôtes et ainsi à éviter la prédation. «
Zachariah Gompert, biologiste évolutif de l'Université d'État de l'Utah
Dans le numéro en ligne du 18 avril 2025 de l'American Association for the Advancement of Science Journal ScienceGompert et ses collègues rapportent que la divergence adaptative dans le motif de couleur cryptique est sous-tendue par deux réarrangements chromosomiques complexes distincts, où des millions de bases d'ADN ont été retournés vers l'arrière et déplacés d'une partie d'un chromosome à une autre, indépendamment dans les populations d'insectes de bâton sur différentes montagnes. Patrik Nosil, le collaborateur de longue date de Gompert, Patrik Nosil et d'autres chercheurs du Centre national français de la recherche scientifique (CNR), ainsi que des scientifiques de l'Université de Notre-Dame, de l'Université du Nevada, Reno, et de l'Institut de la recherche sur le cancer de l'Université de Notre-Dame, de l'Université de Notre-Dame, de l'Université du Nevada, du Reno, et de l'Institut de la recherche sur le cancer. La recherche est soutenue par la National Science Foundation et le Conseil européen de recherche.
Les scientifiques ont étudié TIMEMA CRISTINAE insectes avec des motifs de couleurs variés, collectés dans deux montagnes près de Santa Barbara, en Californie. Les insectes sans ailes et qui se nourrissent de plantes sont adaptés de manière divergente à deux espèces végétales différentes dans les habitats de chaparral côtiers. Un motif d'insectes de bâton est vert, lui permettant de se fondre avec le lilas de Californie, tandis que l'autre arbore une mince bande blanche sur le dos, ce qui le rend presque indétectable parmi les feuilles de type aiguille de l'arbuste Chamise.
Gompert et ses collègues ont montré que cette différence adaptative de motif de couleur s'explique presque complètement par la présence par rapport à l'absence de ces réarrangements chromosomiques complexes individuels.
« La nouvelle technologie d'assemblage génomique progressive utilisée dans cette étude était un article critique pour nous aider à examiner comment le motif de couleur a évolué dans ces insectes », explique Gompert, professeur dans le département de biologie de l'USU et le USU Ecology Center. « Nos résultats suggèrent que les réarrangements chromosomiques pourraient être plus répandus et plus complexes que nous ne le pensions auparavant. »
Il dit que ces mutations, bien qu'elles soient grandes, sont faciles à manquer en utilisant des approches traditionnelles de séquençage d'ADN.
« Les réarrangements chromosomiques peuvent être difficiles à détecter et à caractériser en utilisant des approches standard », explique Gompert. « Nous explorons essentiellement la » matière noire « du génome. »
La variation structurelle, dit-il, plutôt que d'être rare, peut être régulièrement disponible pour provoquer une évolution.
« Nous rayons simplement la surface », explique Gompert. « Nous avons manqué les outils pour détecter la variation structurelle, mais avec une technologie améliorée, nous émettons l'hypothèse, elle joue un rôle plus important dans l'évolution que précédemment. »
