Les chiens de Tchernobyl présentent des signes génomiques de sélection après avoir vécu pendant des décennies dans un environnement contaminé

Une nouvelle étude génomique portant sur des chiens vivant en liberté aux alentours de la centrale nucléaire de Tchernobyl a mis en évidence des signes évidents de sélection directionnelle après plus de 40 ans passés dans un environnement contaminé. Les régions génomiques concernées comprennent des gènes associés à la réparation de l’ADN, à la survie cellulaire, aux réponses immunitaires et aux voies liées au cancer, bien que les chercheurs soulignent que les effets des radiations ne peuvent être dissociés des nombreuses autres pressions environnementales présentes dans la zone d’exclusion.

Des chiens vivent dans la zone d’exclusion de Tchernobyl depuis la catastrophe nucléaire de 1986. On pense que les populations actuelles descendent, au moins en partie, d’animaux de compagnie abandonnés lors de l’évacuation et qu’elles persistent désormais dans la région depuis plus de 30 générations. Des études génomiques antérieures avaient déjà révélé des différences génétiques marquées entre les chiens vivant à proximité immédiate de la centrale nucléaire et ceux vivant dans la ville de Tchernobyl, située à seulement 16 km environ. Ces différences ne pouvaient s’expliquer entièrement par la composition des races, l’isolement géographique, la consanguinité ou des taux de mutation accrus.

Analyse du génome complet des chiens de Tchernobyl

Les chercheurs ont dans un premier temps analysé les données de séquençage du génome complet de 106 chiens prélevés en 2018 et 2019 (58 chiens issus de la population de la centrale nucléaire ; 48 chiens de la ville de Tchernobyl). Après avoir écarté les animaux étroitement apparentés et les individus génétiquement attribués à la population opposée, 63 chiens ont été retenus pour les analyses principales, dont 33 provenant de la centrale nucléaire et 30 de la ville de Tchernobyl.

L’ensemble de données contenait plus de 13,5 millions de polymorphismes nucléotidiques simples (SNP), ce qui a permis aux chercheurs d’examiner la différenciation génétique à l’échelle du génome et de rechercher des régions présentant des schémas compatibles avec une sélection positive.

Les chiens de la centrale nucléaire restent génétiquement distincts

Les chiens vivant à proximité de la centrale nucléaire présentaient une différenciation génétique nettement plus importante que prévu compte tenu de leur proximité géographique avec la population de la ville de Tchernobyl. La différenciation génétique par paires entre les populations de la centrale nucléaire et de la ville de Tchernobyl a atteint un FST (mesure statistique de la différenciation génétique entre populations) d’environ 0,039 dans l’ensemble de données à densité réduite, tandis que les comparaisons avec d’autres populations de chiens en liberté en Europe et en Russie ont donné des valeurs encore plus élevées.

Les chercheurs ont également comparé les chiens de Tchernobyl à des populations canines géographiquement isolées des îles Galápagos. Malgré leur isolement physique, les populations insulaires ne présentaient ni le même degré ni le même profil génomique de différenciation que celui observé chez les chiens de la centrale nucléaire. Cela contredit l’hypothèse selon laquelle l’isolement géographique et la dérive génétique suffiraient à eux seuls à expliquer les résultats observés à Tchernobyl.

Plus de 1 100 loci candidats liés à la population de la centrale nucléaire

Une analyse pangénomique a permis d’identifier 1 574 loci génétiques atypiques, dont 1 138 étaient spécifiquement associés à la population de la centrale nucléaire. Ces loci étaient répartis sur 29 des 38 autosomes du chien. La plupart n’étaient pas des signaux génétiques isolés. Les chercheurs ont identifié 86 régions génomiques contenant plusieurs loci aberrants significatifs, tandis que 1 094 des 1 138 loci étaient situés à proximité d’un autre locus aberrant. Au total, 247 gènes ont été identifiés au sein ou à proximité des régions candidates. Les chromosomes 8, 26 et 27 figuraient parmi ceux présentant une différenciation particulièrement marquée.

Il est important de noter que la majorité des régions candidates ont été validées par plusieurs méthodes génomiques indépendantes. Au total, 111 régions contenant 1 093 loci aberrants ont été validées par au moins trois approches analytiques, ce qui renforce la preuve qu’elles reflètent une sélection plutôt que des effets démographiques aléatoires.

Voies de réparation de l’ADN, de réponse immunitaire et de survie cellulaire

Les fonctions biologiques associées à ces régions génomiques méritent d’être soulignées. Les gènes situés à proximité des loci candidats étaient enrichis dans des voies impliquant :

• la réplication, la recombinaison et la réparation de l’ADN

• la mort et la survie cellulaires

• les lésions cellulaires et le maintien cellulaire

• les réponses immunitaires et inflammatoires

• la régulation du cycle cellulaire

• réponses antimicrobiennes

• voies biologiques associées au cancer.

Le cancer, notamment le mélanome et les cancers urogénitaux, est apparu parmi les associations les plus fortes entre les voies biologiques et les maladies.

Une valeur aberrante sur le chromosome 8 a également été localisée dans une région de la chaîne alpha du récepteur des lymphocytes T, ce qui pourrait établir un lien entre certains des signaux de sélection observés et la fonction immunitaire. Ces fonctions sont biologiquement pertinentes car les rayonnements ionisants et plusieurs substances toxiques environnementales peuvent provoquer des lésions de l’ADN, un stress oxydatif et des réponses inflammatoires.

Cependant, l’enrichissement des voies ne démontre pas que ces gènes confèrent directement une résistance aux rayonnements.

Un déclin de la population aux alentours de la catastrophe de 1986

Les chercheurs ont également reconstitué l’évolution de la taille effective de la population au fil des générations précédentes. La population vivant à proximité de la centrale nucléaire a montré des signes de déclin ayant débuté il y a environ 35 à 40 générations, ce qui correspond globalement à la période de l’accident de 1986 et aux efforts ultérieurs visant à éliminer les animaux domestiques abandonnés dans la zone d’exclusion.

Plusieurs mécanismes ont pu contribuer à ce déclin, notamment le goulot d’étranglement initial de la population, une exposition environnementale aiguë, l’abattage ou une sélection défavorable aux individus les moins aptes.

Aucun déclin historique comparable n’a été détecté à la même période au sein de la population canine de la ville de Tchernobyl.

La taille effective des populations des deux groupes actuels n’était toutefois pas suffisamment différente de manière constante pour expliquer la divergence génomique par la seule dérive génétique.

Pas de preuve que les chiens de Tchernobyl soient « résistants aux radiations »

Selon les auteurs, ces résultats fournissent des preuves solides indiquant que la sélection directionnelle a contribué à l’évolution de la population canine de la centrale nucléaire. Ils ne démontrent pas que ces chiens aient développé une résistance spécifique aux rayonnements.

L’environnement entourant la centrale nucléaire de Tchernobyl contient un mélange complexe de facteurs de stress. Outre les radionucléides, les animaux peuvent être exposés à des métaux lourds, des contaminants organiques, des pesticides et d’autres substances toxiques, tandis que la disponibilité alimentaire, la pression des maladies et les interactions humaines peuvent également varier d’un endroit à l’autre.

Il est donc impossible, à partir des seules données génomiques, d’identifier quel facteur environnemental, ou quelle combinaison de facteurs, a généré la pression sélective.

L’absence d’échantillons biologiques provenant de la population canine d’origine présente avant et immédiatement après l’accident empêche également de reconstituer directement l’évolution des fréquences alléliques au fil des générations successives.

Les chiens, sentinelles d’une exposition environnementale à long terme

Cette étude fournit néanmoins un exemple rare de population de mammifères se reproduisant librement et vivant depuis des dizaines de générations dans un environnement fortement modifié. Les chiens présentent un intérêt particulier car ils partagent de nombreuses expositions environnementales avec les humains et sont de plus en plus utilisés comme espèces sentinelles pour les risques sanitaires liés à l’environnement.

La concentration des signaux de sélection autour des gènes impliqués dans le maintien de l’ADN, la survie cellulaire et la fonction immunitaire justifie donc des recherches plus approfondies.

De futurs travaux combinant des données génomiques avec des mesures individuelles de rayonnement, de métaux lourds et d’autres contaminants pourraient aider à déterminer quelles expositions sont associées à des variantes génétiques particulières et si ces changements se traduisent par des différences mesurables en matière de santé, de longévité ou de capacité reproductive.

Pour l’instant, cette étude apporte des preuves solides que les chiens vivant au plus près de la centrale nucléaire de Tchernobyl ont suivi une trajectoire évolutive inhabituelle, qui semble impliquer la sélection naturelle plutôt que l’isolement génétique ou la dérive aléatoire seuls.