La connexion génétique entre les guêpes à figues et les figues

Les plantes à fleurs et leurs pollinisateurs insectes ont noué une relation étroite qui aide à créer une grande variété de plantes et d'insectes. Malgré la fréquence de ces interactions, notre compréhension des facteurs génétiques qui influencent leurs changements évolutifs à petite échelle reste limitée. Ce manque de compréhension vient de la nature complexe de ces organismes et de la façon dont ils interagissent avec leur environnement, ce qui rend difficile de différencier les différentes pressions qui les influencent.

L'interaction entre les guêpes à figues et les figues est un exemple intrigant de coévolution. Les figues ont développé des structures ressemblant à des fruits appelées syconies qui contiennent leurs fleurs. Ces fleurs ne sont pollinisées que par les guêpes à figues, qui dépendent de fleurs spécifiques à l'intérieur des syconies pour pondre leurs œufs. Les guêpes à figues passent la plupart de leur vie à l'intérieur de ces syconies, les femelles ne sortant qu'après l'accouplement et ayant peu de temps pour trouver de nouvelles syconies.

Les femelles guêpes à figues sont attirées par les odeurs spécifiques de leurs figues hôtes. Des changements dans les parfums floraux des figues peuvent affecter le comportement des guêpes, impactant leur succès en matière d'accouplement et de reproduction. Par conséquent, la reconnaissance des odeurs joue un rôle crucial dans le maintien de la relation entre ces deux groupes. La relation étroite dans leurs cycles de vie suggère que des aspects comme les habitudes de vie, les préférences d'habitat et les odeurs des figuiers influencent fortement l'évolution des guêpes à figues, laissant des marques dans leur matériel génétique.

Des développements récents dans les études génomiques sur des organismes moins étudiés ont mis en lumière les dynamiques coévolutionnaires entre les figues et leurs pollinisateurs. Pourtant, il y a eu peu d'enquêtes examinant comment différentes populations sont affectées par leur relation évolutive. Par conséquent, des études axées sur des espèces étroitement liées sont essentielles pour comprendre le processus d'évolution des figues et des guêpes à figues.

#Système de recherche

Les variétés de Ficus pumila et leurs guêpes à figues associées sont idéales pour étudier ces processus. Ficus pumila est un type de figue qui a deux variétés distinctes. Une variété est commune dans les plaines de l'Est asiatique, tandis que l'autre pousse dans les hauteurs intermédiaires de Taïwan. Ces deux variétés présentent des différences dans leurs habitudes de vie, comme la taille de leurs syconies et leurs schémas de floraison.

L'écologie des pollinisateurs pour Ficus pumila n'a pas été aussi approfondie. Initialement considérée comme une seule espèce, des études génétiques ont divisé la guêpe à figues Wiebesia pumilae en trois espèces différentes. Deux de ces espèces pollinisent le figuier rampant, tandis que la troisième est liée au figuier gelée. Les premières études génomiques sur le figuier rampant et sa guêpe associée ont fourni des informations précieuses sur la coévolution dans cette dynamique de pollinisation. Cependant, l'histoire génétique et les Processus évolutifs spécifiques affectant ces deux espèces de guêpes à figues restent flous.

Dans cette étude, nous présentons les séquences génétiques de deux espèces de guêpes à figues de Taïwan, correspondant au figuier rampant et au figuier gelée. Ces séquences génétiques nous aideront à mieux comprendre leur coévolution. Tout d'abord, nous allons analyser leur histoire démographique pour expliquer la séparation des deux espèces. Ensuite, nous évaluerons les adaptations génétiques liées à leurs environnements différents. Grâce à des tests de comportement et à l'analyse de l'expression génique, nous explorerons l'évolution de leurs préférences d'habitat. Enfin, nous intégrerons des informations sur les récepteurs d'odeur d'autres guêpes à figues pour étudier la base génétique possible de la préférence de l'hôte dans leur coévolution.

#Séquençage et assemblage du génome

Nous avons assemblé le génome de Wiebesia sp. 3 en utilisant de longues lectures d'ADN et en supprimant toute contamination possible. Après avoir affiné le génome brouillon en utilisant à la fois de longues et de courtes lectures, nous avons obtenu un génome complet d'une certaine taille, avec une bonne qualité d'assemblage et une contamination minimale. Les scores de qualité ont indiqué que ce génome est assez complet et similaire à d'autres génomes de guêpes à figues. De plus, nous avons rassemblé des courtes lectures d'une autre population de W. sp. 2 et effectué un assemblage basé sur un référentiel.

Les deux génomes ont été annotés en utilisant les mêmes méthodes, ce qui nous a permis d'identifier des séquences répétées et de prédire des gènes codant pour des protéines dans les deux espèces. Après avoir affiné les données, nous avons eu un bon nombre de gènes bien caractérisés, ce qui rend ces annotations parmi les plus complètes disponibles pour les génomes de guêpes à figues.

#Histoire de la divergence des espèces

Pour comprendre comment ces deux espèces ont divergé, nous avons utilisé une méthode spéciale pour analyser les données génétiques des deux espèces. Nous avons simulé et évalué différents modèles de population pour découvrir comment elles se sont séparées au fil du temps. Le scénario le mieux soutenu a montré que ces deux espèces ont commencé à se séparer il y a environ 550 000 ans.

Cette séparation coïncidait avec une période d'isolement complet qui a duré de 80 000 à 10 000 ans, ce qui correspond à la dernière période glaciaire. Après cette période, la migration a recommencé, avec plus de mouvement d'une des espèces vers l'autre.

#Différences de taux évolutifs

Nous avons examiné les taux de changements génétiques entre les deux espèces. Une espèce avait des taux de changements génétiques beaucoup plus bas que l'autre. Nous avons également découvert qu'une population de Chine continentale avait un taux de mutation plus élevé que le W. sp. 2 de Taïwan.

Parmi les gènes partagés entre les deux espèces de guêpes à figues, certains ont montré des signes de sélection liés à des fonctions biologiques spécifiques. Cela suggère que ces gènes ont subi des adaptations qui pourraient influencer leurs interactions avec leurs figues hôtes.

#Spécificité de l'hôte chez les guêpes à figues

Pour explorer comment ces guêpes à figues attirent différents hôtes, nous avons réalisé des expériences où les deux espèces ont été introduites dans les syconies de leurs hôtes naturels et alternatifs. Le comportement des guêpes a suggéré qu'elles ont un certain degré de spécificité envers leurs hôtes, une espèce entrant dans ses syconies hôtes naturelles plus régulièrement que l'autre.

#Profils d'expression génique

Pour voir si les changements dans la régulation des gènes impactent les préférences des deux espèces de guêpes pour leurs hôtes, nous avons analysé leur activité génique. Un nombre significatif de gènes s'est avéré être activement exprimé dans les deux espèces, certains étant liés à leur capacité à détecter les odeurs. Cela suggère que la façon dont ces guêpes perçoivent leur environnement est un facteur clé dans leur capacité à s'adapter et à identifier leurs hôtes respectifs.

#Évolution des gènes olfactifs

Pour comprendre comment l'évolution des récepteurs d'odeurs façonne la relation entre les guêpes à figues et leurs hôtes, nous avons élargi notre analyse pour inclure d'autres espèces de guêpes à figues. Les différences dans le nombre de gènes récepteurs olfactifs étaient majoritairement conservées mais présentaient aussi certains modèles uniques parmi les différentes lignées de guêpes à figues.

L'analyse a indiqué que certains gènes liés à la détection des odeurs avaient connu une expansion dans différentes branches de l'arbre généalogique des guêpes à figues. Cette nature dynamique de l'évolution des gènes pourrait jouer un rôle essentiel dans la façon dont les guêpes à figues reconnaissent les parfums de leurs hôtes.

#Pressions de sélection surpeuplées

Nous avons évalué la pression sur les gènes olfactifs dupliqués pour voir s'ils subissaient différents niveaux de sélection. Nos résultats ont révélé que les gènes dupliqués étaient plus susceptibles de subir une sélection positive par rapport aux gènes non dupliqués. Cela indique que ces duplications peuvent mener à une sensibilité accrue et une adaptation à leur environnement olfactif, influençant ainsi la coévolution des espèces de guêpes à figues et de leurs figues hôtes.

#Conclusion

Dans cette étude, nous avons exploré le paysage génétique lié à l'évolution de deux espèces de guêpes à figues étroitement liées. En intégrant les données génomiques, transcriptomiques et comportementales, nous avons découvert les changements génétiques qui propulsent la spécialisation écologique et la coévolution olfactive chez ces pollinisateurs.

Nos découvertes soulignent à quel point les cycles de vie étroitement connectés façonnent l'adaptation et la diversification d'insectes comme les guêpes à figues en fonction des caractéristiques de leurs plantes hôtes. Ces résultats enrichissent la compréhension des dynamiques coévolutionnaires et éclairent les processus génétiques qui entraînent la diversification.

Les recherches futures devraient explorer davantage les relations entre ces guêpes et leurs figues hôtes et inclure d'autres espèces de guêpes pour obtenir une image complète de leur histoire coévolutionnaire. Bien que nous ayons réalisé des analyses multifacettes, il est essentiel de relier les données moléculaires aux traits observables grâce à des études fonctionnelles tant chez les guêpes que chez les figues.

Cela aidera à approfondir la compréhension de la façon dont les changements génétiques informent les comportements et les préférences des animaux lorsqu'ils interagissent avec leur environnement.