Phylogénomique: M. Plus

On l’attendait depuis pas mal de temps mais ça valait le coups d’attendre… Le papier de Casey Dunn & co. sorti la semaine dernière en AOP dans Nature, Broad phylogenomic sampling improves resolution of the animal tree of life marque effectivement un tournant décisif pour la compréhension des liens de parentés entre métazoaires. Ce travail est issu d’une collaboration entre les labos de Mark Martindale à Hawaï et Gonzalo Giribet à Harvard et représente une étape majeure pour la première fois tous les phyla (embranchements) sont représentés dans une analyse phylogénomique des liens de parentés entre les animaux. Cette étude n’amène aucun changement de vu radical mais elle confirme qu’un large échantillonage taxonomique confirme la ‘nouvelle vision’ de la phylogénie des animaux formulée dans les années 90. Certains noeuds sont également bien mieux résolus, ce qui permet d’orienter ainsi des caractères importants comme le clivage spiral, qui pourrait être ancestral au sein des lophotrochozoaires. Pourtant, certains groupes d’animaux comme les chaetognathes, les rotifères, les bryozoaires ou les acoeles restent difficile à positionner pour des raisons qui n’ont rien d’évidentes. Voilà un résumé de l’arbre obtenu :

Basée sur l’analyse d’un grand nombre de gènes (de l’ordre de la centaine), l’approche phylogénomique permet de disposer d’un nombre de caractères (acides aminés) et donc d’information beaucoup plus importantes pour reconstruire un arbre que les approches de phylogénie moléculaire traditionnelles (par exemple, basée sur l’ARNr 18S ou 28S). Cette approche permet donc de se focaliser sur des noeuds plus profonds et plus difficiles à résoudre mais elle était limitée jusqu’à une date assez récentes par l’absence de données génomique dans la plus grande partie de l’arbre des animaux. Seules les organismes considérés comme modèles (étudié dans les labos comme le nématode ou la drosophile) ou ceux qui présentaient un intérêt économique (coquillages comme l’huitre ou la moule) bénéficiaient jusqu’à une date récente d’un effort de séquençage ! Des données nouvelles avaient permis depuis quelques temps de discuter le statut de certains taxon particulièrement problématiques, comme les chaetognathes et plus récemment les bryozoaires ou les némertes (voir aussi post précédent) mais on passe avec l’échantillon du papier de Casey Dunn à la dimension supérieure: 29 nouveaux taxa appartenant à 21 phyla dont 11 nouveaux ! Cela représente un travail de récolte considérable, surtout si l’on considère que certains animaux comme les gastrotriches ou les kinorhynches appartiennent à la méiofaune et qu’il faut donc trier d’importante quantité de sédiment (et aussi pas mal de chance) pour les trouver !

Pourquoi s’intéresser justement à ces organismes introuvables ? Si l’existence de trois grands groupes d’animaux bilatériens parassaît assez sûrement établie: les deutérostomiens et les protostomiens, eux mêmes divisés en ecdysozoaires et lophotrochozaires, les relations au sein de ces deux derniers clades restent assez obscures. En particulier, les relations de parentés des lophotrochozoaires sont flous alors même que ce groupe présente une extrême diversité de formes mais aussi de modes de développement (clivage de l’oeuf, formes larvaires, gastrulation). Le jeu de données assemblé dans cet article permet de confirmer la structure globale de l’arbre mais également de dégager quelques regroupements assez inattendus. D’abord, la structure interne des lophotrochozoaires se précise: un clade (A) associe les némertes et les lophophorates (Brachiopodes et Phoronides), ce clade est ensuite associé aux annélides pour former un clade B dont les mollusques (monophylétiques) constituent le groupe frère. Ces relations sont en accord avec le scenario paléontologiqe qui propose une origine commune des sclérites calcaires des mollusques (dont a pu dériver leur coquille actuelle) et des soies chitineuses des annélides et brachiopodes.

De la même façon, les onychophores sont retrouvés comme groupes frères des arthropodes et les pycnogonides inclus dans les chelicerates, même si le statut des tardigrades reste ambigu. Plus généralemenet, malgré ces amélioration de la résolution de l’arbre, de nombreux taxons restent difficiles à positionner. L’analyse réalisé avec un modèle homogène (modèle empirique WAG) regroupe en effet un certain nombre de taxa dans une position incertaine correspondant approximativement aux platyzoaires comme groupe frère des trochozoaires (mollusques, annélides, lophophorates et némertes). La difficulté à positionner les platelminthes, acoels, gnathostomulides, gastrotriches, rotifères, bryozoaires et même chaetognathes pourrait être clairement relié à une erreur systématique (le modèle explique mal les données). Ainsi, l’artefact d’attraction des longues branches pourrait expliquer le regroupement des rotifères, platelminthes, gastrotriches et surtout des acoels mais elle n’explique pas les problèmes rencontrés avec les bryozoaires ou les chaetognathes qui ont une branche relativement courte.

Paradoxalement, les auteurs n’ont pas utilisé la méthode la plus susceptible de limiter ces erreurs, c’est à dire le modèle hétérogène CAT, sur un jeu de données incluant ces taxons problématiques. La suite logique à cette étude est donc de tenter de comprendre pourquoi certains organismes ont autant de mal à trouver une place dans l’arbre.  Malgré le consensus en la matière, le problème du fort taux de donnée manquante dans la matrice utilisée par ces auteurs (en moyenne 56,5% pour chaque taxon) pourrait également se poser.

De la même manière que les premières études utilisant l’ARN 18S avaient ouvert la voie à un nouveau champs d’investigation, ce papier fascinant va probablement susciter des débats et des travaux contradictoire dont la compréhension de l’arbre des métazoaires sera le principal bénéficiaire.

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