Une étude, dont les résultats intitulés «Insertion-sequence-mediated mutations both promote and constrain evolvability during a long-term experiment with bacteria» sont publiés dans la revue Nature Communications, a permis d'apporter des éléments nouveaux sur le problème de savoir si les séquences d’insertion (IS) sont des parasites des génomes ou des moteurs essentiels pour l’adaptation par sélection naturelle.

Relevons tout d'abord que «les IS sont des éléments génétiques mobiles présents dans tous les génomes bactériens» et que «les mutations qu’elles produisent peuvent être délétères en inactivant des gènes suite à leur insertion, neutres ou bénéfiques, par exemple en permettant l’expression de certains gènes suite à leur insertion».

Alors que «la dynamique au long terme des IS, leur maintien dans les génomes et leurs effets sur les organismes bactériens sont peu connus», l'étude ici présentée a «tiré parti de la plus longue expérience d’évolution en cours dans le monde pour analyser la dynamique de ces éléments sauteurs dans les génomes au cours du temps évolutif».

Concrètement, «au cours de cette expérience, douze populations ont été propagées à partir d’un ancêtre commun dans un environnement constant depuis 1988, ce qui représente plus de 70 000 générations d’évolution (environ deux millions d’année à l’échelle humaine). Comme «des échantillons ont été prélevés toutes les 500 générations de chacune des douze populations et ont été conservés, tout comme l’ancêtre de l’expérience, au congélateur à -80°C», cette procédure «permet de disposer d’archives fossiles complètes et revivifiables».

Il a été constaté que «six des douze populations ont évolué un phénotype hypermutateur suite à l’apparition de mutations affectant les gènes de réparation de l’ADN», de sorte que «ces six populations ont «développé un taux de mutations 100 fois supérieur à celui de l’ancêtre et des six autres populations».

Dans ce contexte, des recherches précédentes ont permis «d’obtenir la séquence complète des génomes de clones évolués isolés au cours du temps des douze populations». Pour sa part, l'étude ici présentée s'est focalisée sur «la contribution des IS à l’évolution des génomes et à la valeur sélective des bactéries lors de cette expérience au long terme».

Il est ainsi apparu «que les IS étaient responsables de plus d’un tiers des mutations fixées au cours de 50 000 générations d’évolution et ce, uniquement dans les six populations qui ont gardé le taux de mutation ancestral», tandis que «dans les six populations hypermutatrices, les mutations dues aux IS sont réduites de moitié».

Une hypothèse a été avancée «pour expliquer l’effet bénéfique d’un phénotype mutateur c’est-à-dire d’une augmentation de la capacité à produire des mutations (augmentation des taux de mutation)»: en fait, un phénotype hypermutateur pourrait, en plus «de produire proportionnellement plus de mutations bénéfiques de part un taux de mutation plus élevé», se révéler «avantageux en réduisant la participation relative des IS à la mutagenèse, réduisant ainsi leur potentiel effet délétère», car les IS ont produit en général «des effets bénéfiques de façon précoce pendant l’expérience d’évolution», puis leur activité est devenue «plus délétère au cours du temps évolutif».

Cette étude a pu estimer «l’effet de l’activité d’une copie d’IS sur la valeur sélective des bactéries», montrant que «les IS peuvent à la fois promouvoir et contraindre les capacités évolutives des bactéries». Elle a mis en évidence «une tension entre le potentiel des IS à produire des mutations bénéfiques mais aussi des mutations délétères, ce qui entraîne des adaptations compensatrices contraignant les trajectoires évolutives futures».

En fin de compte, «ces résultats contribuent à réconcilier le vieux débat entre les IS étant des parasites des génomes ou des moteurs de l’évolution».