Transfert horizontal de gènes et acquisition de chloroplastes chez Elysia Chlorotica

L'élysie émeraude (de l'est) ou Elysia Chlorotica, est une limace de mer appartenant à la sous-classe des gastéropodes opistobranches. On voit souvent son corps gélatineux arborer une vive couleur verte, et pour cause : elle intègre des chloroplastes, connus pour leur fonction de photosynthèse, et se nourrit de leur produit. En fait, Elysia Chlorotica n'a même plus besoin de manger, une fois son étonnante capacité rôdée : elle peut survivre un an[1] (c'est-à-dire, jusqu'à sa mort naturelle), sans autre énergie et nourriture que ce que ses chloroplastes lui fournissent. Elysia Chlorotica est en quelque sorte un animal qui fonctionne à l'énergie solaire...

Description de l'habitat et des caractéristiques principales

Elysia Chlorotica. Img : PNAS/Rumpho M.E.[3]

On trouve Elysia Chlorotica le long des côtes Est de l'Amérique du Nord, du Texas jusqu'au Canada, elle vit dans les eaux peu profondes (de 0 à 0.5 mètres de profondeurs) de marais salés littoraux, de criques, de petites étendues d'eau. Elle peut mesurer jusqu'à 6 cm, mais sa taille moyenne se situe entre 2 et 3 cm. Une jeune limace est de couleur brune avec de petits points rouges, les adultes sont généralement vert vif, mais peuvent se présenter sous une couleur brune rougissante ou grise, selon le nombre de chloroplastes qu'ils portent. Ils peuvent également présenter de petites taches blanches ou rouges éparpillées sur tout le corps[2]. Ce corps gélatineux possède deux parapodes pouvant se replier pour protéger la limace. Ils sont généralement dépliés pour capter le maximum de lumière, et donnent à cette occasion à l'élysie émeraude la forme d'une feuille, en plus de sa couleur.

L'élysie est hermaphrodite simultanée (ou dite "hermaphrodite synchrone"): dans sa forme adulte, elle peut produire à la fois le sperme et les œufs nécessaires à sa reproduction, elle est donc capable de parthénogenèse. Néanmoins, cette pratique va à l'encontre d'un brassage génétique correct et ne profite pas à l'espèce. Comme la plupart des autres espèces hermaphrodites simultanées, la fécondation croisée se fait alors le plus souvent possible. Elysia pond ensuite de nombreuses chaînes d'œufs.

Régime alimentaire de l'élysie émeraude et acquisition des chloroplastes

Cette limace de mer littorale se nourrit des algues Vaucheria litorea en perforant leurs cellules avec sa radula (une sorte de ruban denté qui sert à la plupart des mollusques à se nourrir), et aspire comme elle le ferait avec une paille, le contenu de l'algue. Au lieu de digérer ce contenu, elle ne retient que les chloroplastes en les stochant dans ses propres cellules, de son vaste système digestif. Plus l'élysie aura capté de chloroplastes, plus elle deviendra verte. Au début, la jeune limace de mer doit continuellement absorber des chloroplastes pour en maintenir dans son corps. Au fil du temps, ceux-ci se stabilisent mieux dans ses cellules. Dès lors, l'élysie recueille le produit de leur photosynthèse pour se nourrir et peut survivre sans autre forme de nourriture : les chloroplastes, parfaitement intégrés, survivront avec elle jusqu'à sa mort. Bien qu'ils fassent désormais partie de l'élysie dans une forme de symbiose, les chloroplastes ne sont pas transmis à sa descendance, qui devra elle même manger des algues pour assurer son apport en produit de photosynthèse.

Plusieurs études ont montré la stabilité des chloroplastes et les bénéfices de leur intégration : les chloroplastes peuvent survivre jusqu''à 9, voire 10 mois[3] (ce qui correspond approximativement à la durée de vie de l'élysie). Une autre étude[4] explorait le comportement de l'élysie, totalement privée de nourriture (l'algue Vaucheria litorea) pendant 8 mois : bien qu'elle perde sa couleur verte au profit d'une couleur brune-jaune, les chloroplastes semblaient intact, et arrivaient à maintenir leur fine structure. 

Transfert horizontal de gènes

Elysia Chlorotica est incapable de synthétiser ses propres chloroplastes, on se demande même comment ceux-ci arrivent encore à fonctionner une fois ingérés, puisque leur ADN chloroplastique ne peut produire que 10% environ, des protéines qui leur permettraient de réaliser une photosynthèse fonctionnelle. Cette constatation amène à penser que l'élysie possède tout de même de nombreux gènes qui permettent de compléter l'apport protéique nécessaire à la réalisation de la photosynthèse par les chloroplastes. Des scientifiques se sont donc intéressés[3] au génome d'Elisya Chlorotica afin de déterminer si elle possédait les supports nécessaires à la survie et au fonctionnement de ses symbiotes. Avec un étonnement modéré, on s'est rendu compte qu'en effet, Elysia posséde de tels gènes, mais pas n'importe lesquels : ces gènes ressemblent étonnamment aux gènes des algues dont elle se nourrit... Ainsi, les chercheurs ont trouvé le gène pbso, un gène vital de l'algue Vaucheria litorea, a l'intérieur de l'ADN de l'élysie. Ces gènes se transmettent d'ailleurs, eux, à la descendance (on en retrouve dans les œufs et les gamètes de l'élysie). Ce "vol de gènes", nommé Kleptoplastie, est une forme de transfert horizontal de gènes dont des virus (voir Virophages) pourraient être l'origine, permettant à des morceaux d'ADN de l'algue de parasiter l'ADN de l'élysie, (ou des virus présents dans l'élysie qui décomposerait l'ADN de l'algue pour l'intégrer dans les cellules de l'élysie) avec toutefois un effet très bénéfique!

Placida Dendritica, une autre espèce utilisant
les chloroplastes. Img : Rudman W.B.[2]

Le vol de gènes est nécessaire : la même étude montre que la photosynthèse est irréalisable si l'élysie n'ingère que les chloroplastes. Le saut d'un gène entre espèce n'est pas un phénomène inconnu, mais Elysia Chlorotica réalise (peut être pas toute seule) une kleptoplastie tout à fait particulière :  le passage d'un gène d'une espèce à une autre rend généralement ce gène non fonctionnel., mais les gènes volés par l'élysie émeraude le sont. D'autre part, le vol de gène se fait généralement entre bactéries (et virus, voir Virophage). D'autres animaux sont capables de se servir de la lumière de soleil après avoir ingérer des végétaux, d'une façon similaire à celle d'Elysia Chlorotica, mais seulement parce qu'ils conservent intactes les cellules entières de ces plantes, ce qui est très différent de la transformation observée chez l'élysie émeraude, d'une cellule animale en cellule hybride végétale/animale.

Il faut toutefois noter que l'élysie n'est pas la seule espèce de gastéropode qui ingère les chloroplastes pour les réutiliser ensuite à des fins personnelles. Plusieurs sacoglossa (sous ordre des opisthobranches auquel Elysia Chlorotica appartient) en sont également capables : c'est par exemple le cas de Placida Dendritica, ou encore d'Elysia Viridis, par exemple, qui tire ses chloroplastes de l'algue Codium Fragile. Certaines espèces de nudibranches (une classe proche des sacoglossa), carnivores, comme Pteraeolidia Ianthina, sont capables d'utiliser les cellules végétales zooxanthellae qu'elles trouvent dans leur nourriture, principalement des cnidaires, lesquels entretiennent eux même une relation symbiotique avec les zooxanthellae[5]

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[1] Brahic C., NewScientist (2008). Solar-powered sea slug harnesses stolen plant genes

[2] Rudman, W.B. (2005). Elysia chlorotica Gould, 1870. Sea Slug Forum. Australian Museum, Sydney

[3] Rumpho M.E, Worful JM, Lee J, et al. (2008). "Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (46): 17867–17871. doi:10.1073/pnas.0804968105

[4] Mujer, C.V., Andrews, D.L., Manhart, J.R., Pierce, S.K., & Rumpho, M.E. (1996). Chloroplast genes are expressed during intracellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica. Cell Biology
[5] Rudman, W.B., (1998). Solar-powered sea slugs. Sea Slug Forum. Australian Museum, Sydney.

Pour citer cet article : 
Desbrosses S. (2010). "Transfert horizontal de gènes et acquisition de chloroplastes chez Elysia Chlorotica". (online) NatureXtreme.

Tags Adaptation , Animaux , Biologie , Kleptoplastie , Parasitisme , Parthénogenèse , Photosynthèse , Super Pouvoirs , Symbiose