Des crapauds qui s’hybrident avec des chromosomes sexuels différents

Résultats scientifiques écologie évolutive & Biodiversité

Une équipe scientifique composée notamment de chercheurs du Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE), de Nanjing et de Lausanne a mis en lumière un phénomène remarquable chez nos crapauds communs de France. Deux espèces proches ont évolué des chromosomes sexuels différents: ZW (comme chez les oiseaux) chez l'une, et XY (comme chez les mammifères) chez l'autre. De manière surprenante, ils parviennent encore à s’hybrider malgré ces différences fondamentales, un exemple de la remarquable flexibilité des amphibiens pour le déterminisme du sexe. Néanmoins, les génomes ont du mal à se mélanger et leur transition géographique, localisée dans le sud du département de l’Isère, reste très étroite, suggérant des incompatibilités fortes qui génèrent un degré élevé d'isolement reproducteur. Ce cas d'étude met donc en lumière le rôle potentiel des chromosomes sexuels sur la formation de nouvelles espèces. L’étude vient de paraître dans la revue scientifique Evolution Letters.

Comment devenir mâle ou femelle ? Cela varie beaucoup entre vertébrés. Comme les autres mammifères, l’Homme utilise des chromosomes sexuels dits XY, portés par le mâle. Si vous héritez le Y de votre père, vous deviendrez un garçon (XY), si vous héritez son X, vous serez une fille (XX). Chez les oiseaux c’est l’inverse : la mère est celle qui possède deux chromosomes sexuels différents (appelés Z et W), et donne naissance à des poussins mâles (ZZ) ou femelle (ZW) en fonction de quel chromosome elle transmet.

Chez les amphibiens (grenouilles, crapaud, salamandres), les deux cas de figures sont possibles, et même plus. Les mécanismes génétiques régissant le déterminisme sexuel ont changé tellement de fois qu’il est délicat de retracer leur évolution. Ainsi, il arrive que de tels changements passent inaperçus et touchent des espèces évolutivement proches, encore capables de s’hybrider.

C’est ce qui s’est produit entre deux des amphibiens français les plus répandus : le crapaud commun (Bufo bufo) et son cousin le crapaud épineux (Bufo spinosus). Apparues il y a quelques millions d’années seulement, ces espèces d’apparence assez semblable, n’ont été reconnues qu’à partir de 2012. Isolés en Espagne (B. spinosus) et plus à l’est (B. bufo) pendant la dernière glaciation, les crapauds ont depuis recolonisé notre pays chacun de leur côté, jusqu’à ce qu’ils se rencontrent de la Normandie aux Alpes. Ces « zones de contact » sont une aubaine pour les chercheurs, car elles constituent une sorte d’expérimentation naturelle où il est possible d’étudier ce qui a lieu lorsque deux lignées génétiques divergentes s’hybrident, un aspect clé de l’évolution des espèces.

C’est dans ce but que Christophe Dufresnes, professeur à NJFU (Nanjing, Chine), et Pierre-André Crochet, directeur de recherche CNRS au Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE - CNRS / Université de Montpellier, Université Paul Valéry de Montpellier / EPHE / IRD) se sont initialement penchés sur cette zone hybride de crapauds. Une étude qui s’inscrit dans un projet plus vaste visant à comprendre l’origine de la riche diversité des amphibiens eurasiatiques avec des technologies de séquençage de pointe. Grâce à l’aide précieuse de nombreux partenaires naturalistes associatifs, un échantillonnage d’ADN non-invasif de grande envergure fut donc entrepris dans le sud-est français.

Les premières analyses d’échantillons assignées à B. spinosus indiquaient un système en XY, comme chez les humains. Un résultat d’autant plus étonnant que la plupart des crapauds sont connus depuis des décennies pour utiliser des chromosomes ZW, comme chez les oiseaux. Afin de percer ce mystère, les chercheurs ont fait appel à l’expertise de Daniel Jeffries (Université de Lausanne), qui a développé un algorithme pour analyser les chromosomes sexuels à partir de gros jeux de données génomiques. Ces efforts ont confirmé que ces crapauds possèdent bien des systèmes différents (XY chez l’un, ZW chez l’autre), illustrant ainsi la rapidité de ces changements chez les amphibiens.

Que se passe-t-il lorsque qu’ils se croisent dans les mares ? L’analyse de nombreuses populations prospectées entre Lausanne et Perpignan a révélé des échanges génétiques, preuve que ces espèces peuvent encore s’hybrider à leur zone de transition, identifiée dans le massif des Chambarans (au nord de Romans-sur-Isère). Néanmoins, les génomes ne se mélangent que très peu, signifiant que des incompatibilités affectent sans doute la survie et/ou la fertilité des hybrides. D’infimes traces génétiques de B. bufo se retrouvent tout de même jusqu’aux populations de B. spinosus de Montpellier, laissant penser que la transition était autrefois située plus au sud, mais que B. spinosus soit depuis remonté vers le nord. Peut-être parce qu’il est mieux adapté au chaud climat provençal ? Affaire à suivre sous le prisme du réchauffement climatique.

Différents chromosomes sexuels et des incompatibilités chez les hybrides ? Il est tentant d’y attribuer un lien de cause à effet. Qu’il conviendra de démontrer, en découvrant notamment comment les hybrides se différencient en mâles et femelles avec des combinaisons chromosomiques aberrantes (XY+ZW, XX+ZZ, etc.), et dont les gènes pourraient entrer en conflit et causer des problèmes développementaux.

Quoiqu’il en soit, le cas de nos crapauds incite à se pencher sur l’effet que des différences pour un trait aussi fondamental que le déterminisme du sexe puisse avoir sur les mécanismes de formation d’espèces. Nul doute que ces perspectives seront importantes à étudier chez d’autres espèces aux caractéristiques similaires.

Le crapaud épineux
Le crapaud épineux détermine le sexe de sa progéniture avec des chromosomes XY, comme chez les humains, au contraire de son homologue le crapaud commun (ZW). Pourtant ils s’hybrident encore, mais des échanges génétiques restent limités.

 

Objectifs de développement durable (ODD)

Référence

Dufresnes C, Litvinchuk SN, Rozenblut-Kościsty B, Rodrigues N, Perrin N, Crochet P-A, Jeffries DL. 2020. Hybridization and introgression between toads with different sex chromosome systems. Evolution Letters

Contact

Pierre-André Crochet
Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE – CNRS/Univ Montpellier/ Univ Paul Valery Montpellier/ EPHE/IRD)
Paula Dias
Contact communication - Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE - CNRS / université de Montpellier / Université Paul Valery de Montpellier / IRD / EPHE)