En étudiant le patrimoine génétique de l’impatiente du Cap, une plante indigène d’Amérique du Nord capable de s’autoféconder, des chercheurs ont découvert que celles ayant connu de fortes baisses de leur population par le passé conservent des traces de ces événements dans leur ADN. Ces « traces génétiques » se présenteraient sous la forme d’un faible niveau de diversité génétique qui pourrait entraver leur capacité d’adaptation aux stress environnementaux tels que le changement climatique.
Les plantes qui peuvent s’autoféconder, c’est-à-dire sans pollinisateurs, possèdent une capacité remarquable à créer et à maintenir leurs populations. Cette stratégie peut toutefois entraîner, au fil des générations, des déclins marqués (ou « goulots d’étranglement ») dans la taille des populations, laissant des traces génomiques telles qu’une consanguinité accrue et une diversité réduite.
La diversité génétique est un facteur clé de l’adaptation aux changements environnementaux tels que les sécheresses prolongées, les maladies et la fragmentation des habitats. Des populations génétiquement trop homogènes ou avec un fort taux de consanguinité ne disposent pas des phénotypes nécessaires à ces adaptations. Les chercheurs estiment que les stratégies de conservation pourraient être plus efficaces en tenant compte de cet aspect génétique plutôt que de se baser uniquement sur la taille d’une population et son habitat.
« À première vue, deux populations peuvent sembler aussi vigoureuses l’une que l’autre. Pourtant, l’une pourrait être beaucoup plus vulnérable aux changements environnementaux à venir parce que sa diversité génétique est faible et que ses individus ont un bagage génétique peu brassé. Dans ce cas, la population peut avoir de plus en plus de mal à s’adapter aux conditions changeantes », explique Daniel Schoen, professeur titulaire de la Chaire en botanique Sir-William-C.-Macdonald au Département de biologie de l’Université McGill, au Canada.
Cependant, si les goulots d’étranglement sont depuis longtemps prédits par la théorie de la génétique des populations, les données empiriques font encore défaut en particulier pour les populations sauvages d’une même espèce. Dans le cadre d’une récente étude publiée dans la revue New Phytologist, Schoen et ses collègues ont exploré la manière dont les populations sauvages de plantes autofécondes évoluent avec le temps ainsi que leur résilience face aux changements environnementaux.
« D’après nos recherches, dans des paysages fragmentés, des décisions de conservation fondées uniquement sur la taille des populations ou la superficie de l’habitat peuvent négliger des risques génétiques cachés, surtout chez des espèces végétales capables d’établir de nouvelles populations par autopollinisation », explique l’expert.
Un manque de diversité génétique entravant l’adaptation
L’équipe de Schoen a analysé le patrimoine génétique de l’impatiente du Cap (Impatiens capensis) en collectant des échantillons dans de petites parcelles isolées entourées de champs et de zones urbaines. L’espèce n’est pas menacée mais a été choisie par l’équipe en raison de sa capacité à s’autopolliniser.
Un génome de référence a préalablement été établi à partir de spécimens sauvages provenant de forêts alluviales et de zones humides du Wisconsin, aux États-Unis. Ce génome de référence a ensuite été utilisé pour reconstituer l’historique de chaque population à l’aide de modélisations démographiques. En analysant la fréquence des différentes variantes génétiques au sein de chaque population, les chercheurs ont pu retracer les périodes de croissance, de déclin et de rétablissement.
Les analyses des chercheurs ont montré que les populations fondées par très peu d’individus et qui ont eu moins de temps pour se reconstituer après plusieurs épisodes de déclin (en raison de perturbations telles que les inondations) présentent une diversité génétique plus faible, un plus haut taux de consanguinité et un génome moins brassé. En revanche, celles ayant présenté moins de goulots d’étranglement ou ayant eu plus de temps pour se rétablir présentaient une plus grande diversité génétique.
« On peut voir chaque génome comme un jeu de 52 cartes : dans les populations où il y a eu moins de brassage, de longues suites restent dans le même ordre, tandis que dans les populations qui sont plus nombreuses et qui ont plus de temps pour se rétablir, il y a davantage de recombinaisons », illustre Schoen. « Dans les populations où le génome a moins été recombiné, l’adaptation est plus limitée parce que des variantes favorables demeurent plus souvent enfermées dans de grands blocs d’ADN liés entre eux, plutôt que d’être recombinées librement et sélectionnées indépendamment. »
D’après l’expert, ces différences persistent pendant plusieurs générations. Ces observations suggèrent que l’étude du patrimoine génétique pourrait contribuer à améliorer les mesures de conservation, notamment en comprenant mieux quelles populations sont les plus aptes à survivre aux changements environnementaux, aux changements d’utilisation des terres et aux maladies. Ces résultats pourraient aussi aider à mieux orienter les décisions concernant l’utilisation des terres.
Pour approfondir leurs recherches, les experts étudient actuellement le lupin vivace (Lupinus perennis), une espèce également indigène d’Amérique du Nord qui pourrait être en déclin ou en danger de disparition. Cette plante constitue en outre le seul hôte des larves de l’azuré du mélilot (Lycaeides melissa samuelis), une espèce de papillon en voie de disparition.
