Les fourmis de feu, redoutables colonisatrices grâce à un supergène

Chez les fourmis de feu (genre Solenopsis), deux formes d’organisation sociale distinctes coexistent au sein d’une même espèce. Dans un cas, les colonies n’abritent qu’une seule reine (forme monogyne), dans l’autre, elles peuvent en contenir plusieurs dizaines (forme polygyne). Dans les colonies monogynes, les nouvelles reines s’envolent pour pondre et fonder, seules, une société. Dans les colonies polygynes, au contraire, les nouvelles reines rejoignent, généralement à pied, une communauté préexistante.

L’équipe de Laurent Keller, professeur ordinaire au Département d’écologie et évolution de la Faculté de biologie et de médecine de l’Université de Lausanne, a découvert, en 2013, que ces deux différents modes de vie sont dus à un supergène, composé de près de 500 gènes liés qui déterminent si une communauté prend une forme polygyne ou monogyne.

Situé sur le chromosome 16 des six espèces actuelles de fourmis de feu, ce supergène est apparu à la suite de trois inversions chromosomiques, phénomènes au cours desquels des segments d’ADN se brisent et se tournent, bloquant ainsi le brassage génétique. En effet, dans la nature, la reproduction entre deux individus entraîne un échange de gènes: les informations du père et de la mère se mélangent pour créer un descendant au génome unique. En cas d’inversion chromosomique, ce brassage ne peut plus avoir lieu: des gènes (476 dans le cas des fourmis de feu) se soudent et sont transmis d’un bloc de génération en génération. «Un cas de figure semblable à celui des chromosomes sexuels chez l’humain: nous héritons de X ou de Y complets, pas seulement d’une partie», relève Laurent Keller.

Dans l’étude qui vient de paraître dans «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS), l’équipe de l’UNIL révèle que les trois inversions chromosomiques qui ont mené à la création du supergène ont émergé successivement, dans un laps de temps court, il y a environ 500’000 ans. «Contrairement à nos suppositions, le supergène n’est pas apparu chez un seul ancêtre commun à toutes les fourmis de feu actuelles», relève Laurent Keller. En effet, la première inversion s’est produite chez l’ancêtre de Solenopsis invicta et Solenopsis richteri. La deuxième a eu lieu au moment de la formation des deux espèces. Enfin, la troisième et dernière inversion est apparue chez Solenopsis richteri. «Le supergène à proprement parler est donc né chez cette espèce», explique Quentin Helleu, postdoctorant au DEE et premier auteur de l’étude.

Il s’est ensuite propagé par hybridation (croisements entre espèces proches). En s’accouplant, Solenopsis richteri l’a d’abord transmis à sa cousine Solenopsis invicta, la plus répandue dans la zone d’origine des fourmis de feu, l’Amérique du Sud, qui l’a ensuite très probablement transféré aux quatre dernières espèces.

Les scientifiques ont trouvé très peu de reliques de ces événements d’hybridation dans le génome des fourmis de feu. Seule trace clairement visible: le supergène, qui a bravé 500 millénaires d’évolution pour être présent, aujourd’hui encore, chez les six espèces de Solenopsis. «Il s’agit d’un élément génomique très persistant dans le temps et nos travaux montrent qu’il peut facilement franchir les frontières entre espèces proches, probablement parce qu’il procure de gros avantages aux animaux en termes de reproduction et de survie», détaille Quentin Helleu.

Chez les fourmis de feu, l’existence de sociétés polygynes rendue possible grâce au supergène, est en effet bénéfique: les nombreuses reines peuvent se disperser très rapidement pour coloniser, parfois en quelques heures, de nouveaux territoires. Les espèces invasives s’avèrent d’ailleurs souvent polygynes, à l’image de Solenopsis invicta, la plus problématique puisqu’elle ravage les cultures dans les pays où elle a été introduite (principalement aux États-Unis et en Chine), ou de Tapinoma magnum, qui a envahi Cully en 2017 puis s’est répandue dans le canton de Vaud, notamment à Pully, Saint-Sulpice, Écublens et Lausanne.

Autre exemple d’avantage fourni par un supergène: chez des papillons d’Amérique du Sud (Heliconius numata), un supergène permet à certains individus d’arborer sur leurs ailes les mêmes motifs colorés que des papillons toxiques et de bénéficier ainsi d’une protection contre les prédateurs.

Les biologistes affinent actuellement leurs recherches pour comprendre quelles régions exactes du supergène contrôlent les différentes caractéristiques sociales et morphologiques des animaux. Plus largement, le groupe de Laurent Keller continue d’explorer les principes génétiques qui régissent les sociétés d’insectes. Dans une étude aussi publiée en juin 2022 dans Current biology, les scientifiques ont séquencé 65 génomes de fourmis ce qui leur a permis de construire l’arbre des 17 sous-familles de fourmis connues dans le monde et de démontrer que les fourmis sont apparues il y a environ 150 millions d’années et que les grands changements génétiques qui leur ont permis de devenir eusociales (groupe d’individus divisés en castes fertiles et non fertiles) se sont passés durant les premiers 20 millions d’années de leur histoire.