Corallimorpharian genome supports the monophyly of Scleractinia and illuminates the cellular evolution of coral calcification
Cette étude utilise un génome de niveau chromosomique du corallimorphaire *Ricordea yuma* pour confirmer son statut de groupe frère des coraux scléractiniaires, révélant ainsi que la calcification corallienne a évolué via l'émergence d'un état cellulaire spécialisé des calicoblastes et l'assemblage d'un arsenal de biominéralisation issu à la fois d'innovations spécifiques à la lignée et de gènes ancestraux cooptés.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Le fond de l'océan abrite certains des écosystèmes les plus vibrants et complexes de la Terre : les récifs coralliens. Ces cités sous-marines sont construites par des coraux pierreux, de minuscules animaux qui bâtissent de massifs squelettes durs à partir de carbonate de calcium. Ce processus, connu sous le nom de calcification, crée la fondation physique qui soutient une immense variété de vie marine. Cependant, la nature présente souvent des énigmes où deux groupes d'animaux se ressemblent presque de manière identique mais se comportent très différemment. L'un de ces mystères concerne les corallimorphaires, souvent appelés « coraux nus » ou anémones de mer. Ils partagent la même forme corporelle de base et de nombreux traits biologiques avec les coraux pierreux, mais ne possèdent aucun squelette dur. Pendant des décennies, les scientifiques ont débattu pour savoir si ces coraux nus étaient en réalité des coraux pierreux ayant perdu leur coquille dure au fil du temps, peut-être comme stratégie de survie lorsque l'océan est devenu trop acide, ou s'ils étaient une branche distincte de l'arbre généalogique qui n'a jamais possédé de squelette. Résoudre cette question est crucial car cela change notre compréhension de l'histoire de la construction des récifs et la manière dont ces animaux pourraient réagir à un climat changeant aujourd'hui.
Pour trancher ce débat, une équipe de chercheurs s'est tournée vers le plan le plus fondamental de la vie : le génome. Ils se sont concentrés sur un type spécifique de corail nu appelé Ricordea yuma, présent dans les eaux au large de Taïwan. En séquençant l'intégralité de son code génétique avec un niveau de détail très élevé, les scientifiques ont pu examiner l'architecture à grande échelle de ses chromosomes. Dans cette étude, ils ont traité les chromosomes non pas seulement comme des conteneurs de gènes, mais comme des documents historiques. Sur des millions d'années, les chromosomes peuvent fusionner ou se briser de manières uniques à des lignées spécifiques. Les chercheurs ont comparé la structure chromosomique de Ricordea yuma avec celle de divers coraux pierreux, anémones de mer et coraux noirs. Ils ont découvert que tous les coraux pierreux, qu'ils soient classés comme de type « robuste » ou « complexe », partagent trois fusions chromosomiques spécifiques qui sont totalement absentes chez les coraux nus. Cette découverte fournit une preuve forte et indépendante que les coraux pierreux forment un groupe familial unique et unifié. Cela signifie que les coraux nus ne sont pas des coraux pierreux ayant perdu leur squelette ; ils sont plutôt les plus proches parents vivants de l'ensemble du groupe des coraux bâtisseurs de squelettes, ayant divergé d'eux avant que le premier squelette dur n'évolue.
Une fois l'arbre généalogique clarifié, les chercheurs se sont demandé comment la capacité de construire un squelette était apparue. Ils savaient que les coraux pierreux utilisent un type spécialisé de cellule cutanée, appelé calicoblaste, pour sécréter les minéraux qui forment le squelette. Ils se demandaient si les coraux nus possédaient une version cachée et dormante de ce type de cellule, attendant d'être réactivée, ou si ce type de cellule était une invention entièrement nouvelle propre aux coraux pierreux. Pour le découvrir, l'équipe a créé des cartes détaillées de l'activité génique dans des cellules individuelles provenant à la fois du corail nu et d'un corail bâtisseur de squelette, Galaxea fascicularis. Ils ont découvert que, bien que les deux animaux partagent de nombreux types cellulaires de base, le corail nu manque totalement de la signature génétique spécifique du calicoblaste. Le corail bâtisseur de squelette avait fait évoluer un état cellulaire distinct qui n'existait pas chez son parent nu. Cela suggère que la capacité de construire un récif n'était pas un cas de réactivation d'un ancien interrupteur, mais plutôt l'évolution d'un type de cellule entièrement nouveau.
L'étude a également examiné les outils moléculaires que ces cellules utilisent pour construire le squelette. Les chercheurs ont découvert que la boîte à outils pour fabriquer un squelette est un mélange de parties anciennes et nouvelles. Certains des gènes utilisés par les coraux pierreux sont anciens, partagés avec les coraux nus et les autres anémones de mer, et étaient probablement utilisés à l'origine pour des fonctions cutanées générales ou la réparation des tissus. Cependant, l'étude a identifié un ensemble important de gènes qui sont uniques aux coraux pierreux. Ces nouveaux gènes, qui incluent des protéines aidant au transport des minéraux et à la formation de la matrice structurelle du squelette, semblent avoir évolué spécifiquement pour soutenir la construction de la coquille dure. En étudiant comment ces gènes se comportent lorsqu'un polype corallien est blessé et doit cicatriser, l'équipe a observé que de nombreux gènes de construction de squelette sont actifs lors de la maintenance et de la réparation normales des tissus, bien avant qu'un squelette ne soit formé. Cela indique que l'évolution du processus de construction de récifs a impliqué le recrutement de gènes existants pour de nouvelles fonctions et l'ajout d'une suite de nouveaux gènes spécialisés pour créer un type de cellule dédié.
Enfin, les chercheurs ont placé ces événements évolutifs sur une chronologie. En comparant les différences génétiques entre les groupes et en les calibrant avec le registre fossile, ils ont estimé que la séparation entre les coraux nus et les coraux pierreux s'est produite il y a environ 388 millions d'années. L'évolution du squelette lui-même, et l'émergence du groupe couronne des coraux pierreux, est survenue plus tard, il y a environ 300 millions d'années. Cette chronologie coïncide avec une période de l'histoire de la Terre où la chimie de l'océan a changé pour favoriser la formation de l'aragonite, le type spécifique de cristal qui compose les squelettes de coraux. Les preuves suggèrent que le squelette n'est pas apparu soudainement en réponse à une crise, mais qu'il a émergé progressivement à mesure que les conditions océaniques devenaient plus favorables à ce type de minéralisation. L'étude conclut que l'essor des récifs coralliens a été une transition évolutive majeure, pilotée par le développement coordonné d'un nouveau type de cellule et d'une boîte à outils génétique spécialisée, transformant un animal au corps mou en l'architecte des écosystèmes marins les plus biodiversifiés au monde.
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