Une plante alpine pourrait détenir la clé de sa survie dans un climat qui se réchauffe constamment. Des chercheurs de l’ETH Zurich ont en effet élucidé l’origine de deux variantes génétiques très anciennes dans la plante. Ces variantes contrôlent le moment de la floraison.
Le climat se réchauffe de plus en plus rapidement, notamment dans les Alpes. Cela met les organismes au défi. S’ils ne se propagent pas à des altitudes plus élevées, ils doivent s’adapter très rapidement à des températures plus élevées à leur emplacement actuel, ou leurs populations s’affaiblissent et finissent par disparaître.
L’½illet d’Inde (Dianthus sylvestris) est un exemple d’adaptation au climat. Il est pluriannuel et très répandu dans les Alpes. Il colonise des altitudes comprises entre 800 et 2400 mètres. Bien que les plantes d’altitude et de basse altitude se ressemblent, des différences se sont développées au fil du temps.
Une caractéristique centrale est la date de floraison : en haute altitude, les ½illets d’Inde fleurissent immédiatement après la fonte des neiges en juin, alors qu’en basse altitude, ils fleurissent à partir du mois de mai. Toutefois, à basse altitude, la période de croissance commence bien plus tôt. C’est pourquoi les stellaires de plaine sont plutôt tardifs, car ils s’adaptent aux conditions chaudes de la plaine
Il y a dix ans, Simone Fior et d’autres chercheurs autour du professeur Alex Widmer de l’Institut de biologie intégrative de l’EPF de Zurich ont commencé à étudier comment l’½illet d’Inde s’était génétiquement adapté aux changements climatiques passés et ce que cela pouvait signifier pour ses réactions au changement climatique actuel.
Fleurir tôt pour former des graines
Pour leur étude, les chercheurs ont examiné trois populations d’½illets d’Inde de plaine et trois de montagne dans le canton du Valais. Ils ont également analysé un gène spécifique de 1000 individus provenant de l’ensemble de l’aire de répartition de l’espèce. Ils ont également mené des expériences de transplantation.
"Les ½illets d’Inde des zones alpines ne fleurissent pas seulement le plus tôt possible, mais produisent aussi des graines le plus rapidement possible", explique Widmer. "C’est une adaptation à la courte saison en haute altitude. En revanche, en plaine, les plantes ont plus de temps"
Mais lorsque les chercheurs ont transplanté des ½illets d’Inde des vallées vers les montagnes, leur comportement de floraison n’a pas fondamentalement changé. Comme dans les régions de basse altitude, ils ont pris plus de temps, ont d’abord constitué une masse végétale et ont produit beaucoup de fleurs. Ces plantes avaient également besoin de plus de temps pour produire des graines. Si la neige arrivait à la fin du court été en montagne, les graines n’étaient pas mûres.
Ce "comportement" est contrôlé par un gène que les chercheurs n’ont découvert qu’au cours de l’étude. Il détermine le moment de la floraison et la croissance de l’½illet d’Inde. Ce gène s’appelle DsCEN/2, dont il existe deux variantes, appelées allèles, qui sont différentes chez les deux populations. Les stellaires de vallée possèdent majoritairement l’allèle "chaud", les stellaires de montagne l’allèle "froid".
La variante chaude retarde la floraison et favorise la croissance générale de la plante, ce qui est un avantage lors des longs étés plus chauds. La variante froide régule en revanche la floraison précoce des plantes de montagne. "Ces deux allèles déterminent la survie de l’½illet d’Inde dans différentes zones climatiques", explique Widmer.
Développé bien avant l’apparition de l’½illet d’Inde
Grâce à des modèles, les chercheurs ont montré que les deux allèles sont très anciens, "plus anciens que l’½illet d’Inde lui-même", explique le généticien des plantes.
Pour savoir quand les allèles sont apparus dans l’évolution des espèces de Dianthus, les scientifiques ont également analysé les gènes d’autres espèces apparentées à l’½illet d’Inde. Ces analyses montrent que même chez des espèces très éloignées, des différences importantes entre les allèles chauds et froids existent déjà.
Les chercheurs en concluent que les variantes génétiques ne sont pas apparues suite à des mutations du patrimoine génétique dans l’½illet d’Inde lui-même, mais dans d’autres espèces du genre Dianthus. Il y a un à deux millions d’années, ces ½illets ont subi ce que l’on appelle une radiation : un étalement rapide d’une espèce souche en de nombreuses nouvelles espèces.
Durant cette période, les périodes glaciaires et les périodes chaudes ont alterné pendant des millénaires. Pendant que les différentes espèces de Dianthus se formaient, les deux allèles se sont également développés pour s’adapter au climat en constante évolution.
Grâce à différents mécanismes par lesquels le matériel génétique est distribué, réorganisé et recombiné, les deux allèles sont finalement entrés dans le patrimoine génétique de l’½illet d’Inde - et se sont également révélés être un avantage pour cette espèce.
La recombinaison pendant la reproduction sexuée réorganise la variation déjà existante. C’est ainsi que les allèles chauds et froids ont été créés et ont permis à l’oeillet d’Inde de s’adapter génétiquement à de nouvelles conditions environnementales plus rapidement que par de simples nouvelles mutations. Ce processus devrait être particulièrement important dans le cas d’une radiation rapide en de nombreuses nouvelles espèces, comme chez les espèces de Dianthus. De telles combinaisons évolutives nouvelles d’anciennes variantes de gènes offrent une large base d’adaptation à de nombreuses conditions écologiques différentes.
Certes, des mutations s’ajoutent au fil du temps chez les ½illets d’Inde, mais les deux allèles qui déterminent le moment de la floraison sont présents depuis plusieurs centaines de milliers d’années.
L’adaptation future au climat est possible
Les deux variantes génétiques devraient à l’avenir contribuer à déterminer une partie de la réaction de l’½illet d’Inde au réchauffement climatique : L’allèle "chaud" est déjà présent dans les populations de haute altitude, comme l’ont montré les chercheurs. Si les températures continuent à augmenter, cette variante génétique pourrait continuer à s’y répandre et devenir prédominante à l’avenir.
"L’½illet d’Inde a acquis par le passé les outils nécessaires pour s’adapter au changement climatique actuel. Nous ne savons pas si d’autres plantes alpines ont également cette capacité. Il n’y a pas d’autres études qui traitent ces questions de manière aussi approfondie", souligne Widmer.
Il souligne toutefois qu’aucune phase chaude du passé n’a connu un rythme aussi soutenu que celui de la phase actuelle. La question de savoir si les ½illets d’Inde (et d’autres plantes alpines) peuvent s’y adapter assez rapidement est donc ouverte et doit faire l’objet de recherches futures.
"Ce n’est que lorsqu’il y a des populations contiguës suffisamment importantes que les espèces peuvent utiliser le potentiel génétique existant, qui permet de s’adapter au changement climatique", explique Widmer. En revanche, les petites populations isolées risquent de s’éteindre plus rapidement.
Référence bibliographique
Fior S, Luqman H, Scharmann M, Pålsson A, de Jonge J, Zoller S, Zemp N, Gargano D, Wegmann D, Widmer A : Ancient alleles drive contemporary climate adaptation in an alpine plant. Science 390,59-64 (2025). adp5717
