L’analyse du génome d’un ver rond vieux de 46 000 ans du pergélisol sibérien révèle de nouvelles espèces

Quand Anastasia Shatilovich de l’Institut des problèmes physicochimiques et biologiques de la science du sol RAS en Russie a fait revivre deux nématodes individuels congelés à partir d’un terrier fossilisé dans des dépôts de limon du pergélisol sibérien, elle et ses collègues étaient plus que ravis. Après décongélation des vers en laboratoire, une analyse au radiocarbone du matériel végétal du terrier a révélé que ces dépôts gelés, à 40 mètres sous la surface, n’avaient pas dégelé depuis la fin du Pléistocène, il y a entre 45 839 et 47 769 ans. Au même moment, le groupe de recherche de Teymuras Kurzchalia au MPI-CBG (Teymuras Kurzchalia est aujourd’hui à la retraite) se penchait déjà sur la survie des stades larvaires du nématode Caenorhabditis elegans dans des conditions extrêmes. Lorsque l’équipe a entendu parler des nématodes du pergélisol, elle a immédiatement sollicité une collaboration avec Anastasia Shatilovich.

Vamshidhar Gade, alors doctorant dans le groupe de recherche de Teymuras Kurzchalia, a commencé à travailler avec les nématodes du pergélisol. “Les voies moléculaires et métaboliques utilisées par ces organismes cryptobiotiques et la durée pendant laquelle ils pourraient suspendre la vie ne sont pas entièrement comprises”, dit-il. Vamshidhar travaille maintenant à l’ETH de Zurich, en Suisse.

Les chercheurs de Dresde ont mené un assemblage du génome de haute qualité de l’un des nématodes du pergélisol en collaboration avec Eugene Myers, directeur émérite et chef de groupe de recherche au MPI-CBG, au DRESDEN-concept Genome Center et au groupe de recherche de Michael Hiller, alors chef de groupe de recherche au MPI-CBG et maintenant professeur de génomique comparée au LOEWE-TBG et à la Senckenberg Society for Nature Research. Malgré les séquences de code-barres ADN et les images microscopiques, il était difficile de déterminer si le ver du pergélisol était une nouvelle espèce ou non. Philipp Schiffer, chef de groupe de recherche à l’Institut de zoologie, co-responsable du centre naissant de génomique de la biodiversité de Cologne (BioC2) à l’Université de Cologne et expert en recherche sur la génomique de la biodiversité, s’est associé aux chercheurs de Dresde pour déterminer les espèces et analyser son génome avec son équipe. En utilisant l’analyse phylogénomique, lui et son équipe ont pu définir le ver rond comme une nouvelle espèce, et l’équipe a décidé de l’appeler “Panagrolaimus kolymaensis”. En reconnaissance de la région de la rivière Kolyma dont il est originaire, le nématode a reçu le nom latin Kolymaensis.

En comparant le génome de Panagrolaimus kolymaensis à celui du nématode modèle Caenorhabditis elegans, les chercheurs de Cologne ont identifié des gènes communs aux deux espèces et impliqués dans la cryptobiose. À leur grande surprise, la plupart des gènes nécessaires à l’entrée de la cryptobiose chez Caenorhabditis elegans, les larves Dauer, étaient également présents chez Panagrolaimus kolymaensis. L’équipe de recherche a ensuite évalué la capacité de Panagrolaimus kolymaensis à survivre et a découvert qu’une légère déshydratation avant la congélation aidait les vers à se préparer à la cryptobiose et augmentait la survie à -80 degrés Celsius. Au niveau biochimique, les deux espèces produisaient un sucre appelé tréhalose lorsqu’elles étaient légèrement déshydratées en laboratoire, ce qui leur permettait peut-être de supporter la congélation et une déshydratation intense. Les larves de Caenorhabditis elegans ont également bénéficié de ce traitement, survivant pendant 480 jours à -80 degrés Celsius sans subir de baisse de viabilité ou de reproduction après la décongélation.

Selon Vamshidhar Gade et Temo Kurzhchalia, “Nos résultats expérimentaux montrent également que Caenorhabditis elegans peut rester viable pendant de plus longues périodes dans un état suspendu que précédemment documenté. Dans l’ensemble, nos recherches démontrent que les nématodes ont développé des mécanismes qui leur permettent de préserver la vie pour le temps géologique. périodes.”

“Nos découvertes sont essentielles pour comprendre les processus évolutifs car les temps de génération peuvent aller de quelques jours à des millénaires et parce que la survie à long terme des individus d’une espèce peut entraîner la réémergence de lignées qui auraient autrement disparu”, conclut Philipp Schiffer. , l’un des auteurs qui a supervisé l’étude. Eugene Myers ajoute: “Le génome hautement contigu de P. kolymaensis permettra de comparer cette caractéristique à celles d’autres espèces de Panagrolaimus dont les génomes sont actuellement séquencés par l’équipe et les collègues de Schiffer.” Philipp Schiffer est convaincu que “l’étude de l’adaptation des espèces à des environnements aussi extrêmes en analysant leurs génomes nous permettra de développer de meilleures stratégies de conservation face au réchauffement climatique.” Teymuras Kurzchalia déclare : “Cette étude prolonge la plus longue cryptobiose rapportée chez les nématodes par dizaines de milliers d’années.”