Delineation of species is fundamental to organizing and understanding biological diversity. The most widely applied criterion for
distinguishing species is theBiological SpeciesConcept (BSC),whichdefines species as groups of interbreeding individuals that remain reproductively isolated fromother suchgroups. TheBSChas broad appeal;however,many organisms,most notably asexual lineages, cannot be classified according to the BSC. Despite their exclusively asexual mode of reproduction, Bacteria and Archaea can transfer and exchange genes though homologous recombination. Here we show that barriers to homologous gene exchange define biological species in prokaryotes with the same efficacy as in sexual eukaryotes. By analyzing the impact of recombination on the polymorphisms in thousands of genome sequences, we find that over half of named bacterial species undergo continuous recombination among sequenced constituents, indicative of true biological species. However, nearly a quarter of named bacterial species show sharp discontinuities and comprise multiple biological species. These interruptions of gene flow are not a simple function of genome identity, indicating that bacterial speciation does not uniformly proceed by the gradual divergence of genome sequences. The same genomic approach based on recombinant polymorphisms retrieves known species boundaries in sexually reproducing eukaryotes. Thus, a single biological species definition based on gene flow, once thought to be limited only to sexually reproducing organisms, is applicable to all cellular lifeforms.
Titre de l'article
"Les espèces biologiques" : notion applicable à toutes les formes de vie cellulaires.
"Les espèces biologiques" : notion applicable à toutes les formes de vie cellulaires.
Introduction à l'article
La notion d'espèce biologique (Mayr 1942) est basée sur des caractéristiques génétiques (le flux de gènes), ce qui lui a valu une forte popularité. Celle-ci a permis d'identifier et de définir de nombreuses espèces. Néanmoins, elle a reçu des critiques dès lors que les scientifiques se sont intéressés aux lignées asexuées et parthénogénétiques. Les bactéries, qui sont des organismes clonaux, présentent une capacité d'échange de gènes au sein d'une même lignée, ce qui peut s'apparenter à de l'isolement reproductif. Ainsi, une classification des espèces bactériennes sur des critères similaires à ceux utilisés chez les organismes sexués semble possible. Cette étude (1) présente une méthode basée sur une approche génomique permettant de discriminer ces espèces et (2) montre qu'elle est applicable aussi bien chez les bactéries que chez les archées et les organismes à reproduction sexuée.
La notion d'espèce biologique (Mayr 1942) est basée sur des caractéristiques génétiques (le flux de gènes), ce qui lui a valu une forte popularité. Celle-ci a permis d'identifier et de définir de nombreuses espèces. Néanmoins, elle a reçu des critiques dès lors que les scientifiques se sont intéressés aux lignées asexuées et parthénogénétiques. Les bactéries, qui sont des organismes clonaux, présentent une capacité d'échange de gènes au sein d'une même lignée, ce qui peut s'apparenter à de l'isolement reproductif. Ainsi, une classification des espèces bactériennes sur des critères similaires à ceux utilisés chez les organismes sexués semble possible. Cette étude (1) présente une méthode basée sur une approche génomique permettant de discriminer ces espèces et (2) montre qu'elle est applicable aussi bien chez les bactéries que chez les archées et les organismes à reproduction sexuée.
Expériences de l'article
Les auteurs ont récupéré des génomes issus d'une centaine d' "espèces nommées" (Bactéries, Archées, Drosophiles et Primates), chacune représentées par au moins 15 souches, soit au total plus de 20,000 génomes. Ils ont ensuite mis en place une méthode permettant de quantifier les flux de gènes au sein des espèces nommées. Pour ce faire, ils se sont basé sur le rapport entre le polymorphisme homoplasique (h) et le non-homoplasique (m), où h représente le polymorphisme issu d’événements de recombinaison. Ils ont ensuite analysé la distribution du rapport h/m, caractérisant le flux génique, en fonction du nombre de souches inclus au cours de l'analyse. Si la distribution est discontinue, cela indique que l'espèce nommée regroupe en réalité plusieurs espèces biologiques. Leur méthode a été mise en place sur un jeu de donnée de bactéries et a ensuite été appliquée à d'autres groupes pour tester son universalité.
Les auteurs ont récupéré des génomes issus d'une centaine d' "espèces nommées" (Bactéries, Archées, Drosophiles et Primates), chacune représentées par au moins 15 souches, soit au total plus de 20,000 génomes. Ils ont ensuite mis en place une méthode permettant de quantifier les flux de gènes au sein des espèces nommées. Pour ce faire, ils se sont basé sur le rapport entre le polymorphisme homoplasique (h) et le non-homoplasique (m), où h représente le polymorphisme issu d’événements de recombinaison. Ils ont ensuite analysé la distribution du rapport h/m, caractérisant le flux génique, en fonction du nombre de souches inclus au cours de l'analyse. Si la distribution est discontinue, cela indique que l'espèce nommée regroupe en réalité plusieurs espèces biologiques. Leur méthode a été mise en place sur un jeu de donnée de bactéries et a ensuite été appliquée à d'autres groupes pour tester son universalité.
Résultats de l'article
Les bactéries peuvent être classées en espèces biologiques Les résultats obtenues se classent en trois catégories (Figure) : (1) un flux de gènes homogène entre souches indiquant que l'espèce nommée est une espèce biologique (54/91), (2) une discontinuité dans le distribution de h/m indiquant que l'espèce nommée regroupe plusieurs espèces biologiques (21/91), (3) un h/m faible pour toutes les souches indiquant une espèce clonale ou une taille d'échantillon trop faible pour quelconque détection de recombinaison.
Une approche unique définit les espèces biologiques Les analyses étendues aux autres organismes montrent également une discontinuité dans la distribution de h/m lorsque le groupe est composé artificiellement de deux espèces connues (ex: Homme-Chimpanzé).
Ainsi, l'utilisation des patterns de flux de gènes et de l'isolement reproductif apparaît comme possible pour définir des espèces biologiques dans tous les domaines du vivant.
Les bactéries peuvent être classées en espèces biologiques Les résultats obtenues se classent en trois catégories (Figure) : (1) un flux de gènes homogène entre souches indiquant que l'espèce nommée est une espèce biologique (54/91), (2) une discontinuité dans le distribution de h/m indiquant que l'espèce nommée regroupe plusieurs espèces biologiques (21/91), (3) un h/m faible pour toutes les souches indiquant une espèce clonale ou une taille d'échantillon trop faible pour quelconque détection de recombinaison.
Une approche unique définit les espèces biologiques Les analyses étendues aux autres organismes montrent également une discontinuité dans la distribution de h/m lorsque le groupe est composé artificiellement de deux espèces connues (ex: Homme-Chimpanzé).
Ainsi, l'utilisation des patterns de flux de gènes et de l'isolement reproductif apparaît comme possible pour définir des espèces biologiques dans tous les domaines du vivant.
Ce que cet article apporte au débat
Selon les auteurs, la notion d'espèce biologique est applicable à toutes formes de vie cellulaire. Ils apportent ainsi au débat des arguments solides qui se basent sur des données biologiques robustes et mettent en avant la pertinence d'une notion d'espèce basé sur les caractéristiques génétique (ici le flux de gènes). Cet article entre donc en accord avec l'universalité du concept biologique d'espèce.
Selon les auteurs, la notion d'espèce biologique est applicable à toutes formes de vie cellulaire. Ils apportent ainsi au débat des arguments solides qui se basent sur des données biologiques robustes et mettent en avant la pertinence d'une notion d'espèce basé sur les caractéristiques génétique (ici le flux de gènes). Cet article entre donc en accord avec l'universalité du concept biologique d'espèce.
Figure
Reconnaissance d'espèces biologique par analyses génétique (A) “Schéma utilisé pour le test de flux de gènes”. A chaque itération, le ratio h/m a été calculé de façon aléatoire. Le graphique de gauche montre la distribution observée lorsqu'il n'y a pas de barrière au flux de gène entre les souches. Celui de droite montre le contraire. (B–D) “Patron d'échange génétique observé dans les espèces nommé de bactéries".(E) Représentation graphique de B. pseudomallei après retrait des souches isolé des autres, montrant l'existence d'espèce biologique (F–I) Verification de la méthode pour reconnaitre des espèces biologique par application sur des espèce animales à reproduction sexuelle stricte.
[figure issue de : [Biological Species Are Universal across Life’s Domains , 2017](1440)]
Reconnaissance d'espèces biologique par analyses génétique (A) “Schéma utilisé pour le test de flux de gènes”. A chaque itération, le ratio h/m a été calculé de façon aléatoire. Le graphique de gauche montre la distribution observée lorsqu'il n'y a pas de barrière au flux de gène entre les souches. Celui de droite montre le contraire. (B–D) “Patron d'échange génétique observé dans les espèces nommé de bactéries".(E) Représentation graphique de B. pseudomallei après retrait des souches isolé des autres, montrant l'existence d'espèce biologique (F–I) Verification de la méthode pour reconnaitre des espèces biologique par application sur des espèce animales à reproduction sexuelle stricte.
[figure issue de : [Biological Species Are Universal across Life’s Domains , 2017](1440)]
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