Qu’est-ce que la phylogénie ?

La phylogénie est la représentation de l’histoire de l’évolution et des relations entre les groupes d’organismes.

Les résultats sont représentés dans un arbre phylogénétique qui fournit une sortie visuelle des relations basées sur des caractéristiques physiques et génétiques partagées ou divergentes.

L’analyse phylogénétique dépend du type de données saisies, du nombre d’espèces et de l’éventail des relations évolutives interprétées.

Taxonomie et phylogénie

La taxonomie est la science de la classification où les organismes biologiques sont regroupés et nommés en fonction de caractéristiques communes. Elle permet une communication rationnelle entre les scientifiques, notamment les biologistes et les microbiologistes. La phylogénie est un outil utile pour les taxonomistes car elle peut être utilisée pour étudier le développement de l’évolution. La taxonomie a conduit à l’étude de la phylogénie à travers le cadre de la division des organismes dans une hiérarchie de catégories taxonomiques telles que la famille, le genre et l’espèce.

Le schéma de classification développé par Linné au 18ème siècle sera plus tard utilisé comme une base pour déduire la phylogénie en interprétant les relations évolutives entre les catégories taxonomiques. La taxonomie et la phylogénie nécessitent toutes deux la comparaison des caractéristiques entre les organismes, les études utilisant d’abord les caractéristiques morphologiques, puis progressant vers les données moléculaires.

Arbres phylogénétiques enracinés et non enracinés

Les arbres phylogénétiques peuvent être enracinés ou non enracinés. Les arbres phylogénétiques enracinés se rejoignent en un point sur un seul nœud qui représente un hypothétique ancêtre commun. Il existe différentes méthodes pour produire un arbre phylogénétique enraciné, mais les plus courantes utilisent un outgroup consistant en un parent éloigné pour toutes les autres espèces de l’analyse. Les arbres enracinés fournissent une représentation des relations évolutives à travers le temps, les chemins les plus longs entre une espèce et un ancêtre reflétant la plus grande distance évolutive entre eux. Les arbres non enracinés affichent les connexions entre les organismes sans indiquer l’ascendance et ne nécessitent pas d’ancêtre connu ou inféré.

Phylogénétique moléculaire

Les approches phylogénétiques nécessitent de grands ensembles de données analysés par une modélisation mathématique rigoureuse. Les données moléculaires peuvent produire un plus grand nombre de caractéristiques par rapport aux caractéristiques morphologiques. Les nucléotides de l’ADN sont sans ambiguïté avec des états de caractères A, C, G et T qui peuvent être clairement définis. Les traits morphologiques, en revanche, sont basés sur la forme et la structure qui peuvent se chevaucher et être difficiles à distinguer. La conversion simple des informations moléculaires en forme numérique signifie que ce type de données est particulièrement adapté à l’analyse phylogénétique.

Une autre complication des phylogénies produites à partir de données morphologiques est la plasticité phénotypique. C’est lorsqu’il y a moins de contraintes pour qu’un comportement ou une caractéristique morphologique change en réponse à un environnement unique. La plasticité phénotypique peut donc brouiller les signaux phylogénétiques. Un certain nombre de relations évolutives surprenantes ont été découvertes par la phylogénétique moléculaire, n’ayant pas été mises en évidence par les phylogénies précédentes produites par les traits morphologiques.

Les arbres phylogénétiques moléculaires sont obtenus par la comparaison de séquences nucléotidiques. Les séquences homologues indiquent qu’elles sont issues d’une séquence ancestrale commune. Les séquences d’ADN sont ensuite alignées afin de pouvoir comparer les nucléotides homologues, en notant toute divergence par accumulation d’indels et de mutations ponctuelles. Les différences nucléotidiques notées sont ensuite utilisées pour reconstruire l’arbre phylogénétique, une analyse bootstrap étant souvent effectuée pour fournir des limites de confiance.

Estimation de la spéciation à partir des phylogénies

La phylogénie peut également être utilisée pour estimer la durée de la spéciation, en expliquant combien de temps il faut à une nouvelle espèce pour se former et les facteurs influençant cette durée. Des simulations ont montré que les phylogénies ne contiennent souvent pas assez d’informations pour produire des prédictions non biaisées des taux de spéciation et d’extinction, mais il existe des méthodes de modélisation qui réduisent les biais. Le modèle de spéciation prolongée suppose que la spéciation est un processus graduel avec la formation continue d’espèces naissantes connaissant une voie prolongée qui peut finalement conduire au développement d’une nouvelle espèce.

Une espèce unique est définie dans le modèle comme un complexe de toutes les lignées qui n’ont pas encore été séparées par un événement d’achèvement de la spéciation. Le modèle de spéciation prolongée peut expliquer les taux réduits d’accumulation de lignées à travers le temps et l’analyse des phylogénies, combinée au modèle de spéciation prolongée, produit une nouvelle approche de l’estimation de la durée de spéciation.

Lecture complémentaire

• Tout le contenu sur la phylogénie
• Importance de la phylogénie en microbiologie

Citations