Coévolution hôte-parasite et hypothèse de la Reine rouge

Écologie & évolution · Master 1

Dynamiques fréquence-dépendantes, virulence, adaptation locale et reproduction sexuée.

Introduction

Les parasites exercent une forte pression sélective sur leurs hôtes, qui évoluent des défenses, tandis que les parasites évoluent des contre-adaptations. Cette réciprocité définit la coévolution antagoniste. Elle est suspectée de maintenir la diversité génétique et peut expliquer la persistance de la reproduction sexuée.

L’hypothèse de la Reine rouge, inspirée de Lewis Carroll et formulée par Van Valen (1973) puis Hamilton, postule que des adaptations constantes sont nécessaires pour ne pas disparaître face à des adversaires en évolution. Des modèles de sélection fréquence-dépendante négative produisent des oscillations des fréquences alléliques chez hôtes et parasites.

Le deck présente les modèles gène pour gène et matching alleles, les expériences avec Daphnia et Pasteuria, l’escargot Potamopyrgus et ses trématodes, la virulence et ses compromis, ainsi que des tests d’adaptation locale.

Objectifs d'apprentissage

Définir coévolution antagoniste et Reine rouge
Comparer les modèles gène pour gène et matching alleles
Interpréter des expériences d’adaptation locale
Expliquer le compromis de virulence
Discuter le lien entre parasites et maintien du sexe

Concepts clés

Sélection fréquence-dépendante négative: Les parasites s’adaptent aux génotypes d’hôtes communs, ce qui avantage les génotypes rares, d’où des cycles de fréquences alléliques. Ces dynamiques maintiennent le polymorphisme et peuvent favoriser les hôtes qui recombinent (reproduction sexuée).
Adaptation locale: Si les parasites évoluent plus vite que leurs hôtes (temps de génération court, grandes populations, forte dispersion), ils sont plus performants sur les hôtes sympatriques que sur les allopatriques. Le test classique est l’infection croisée de populations locales et étrangères.
Évolution de la virulence: Le modèle du compromis suppose que virulence et transmission sont liées : une virulence trop élevée tue l’hôte et réduit la transmission. L’optimum maximise le nombre de nouvelles infections (R0). Le contexte (transmission verticale, hôtes multiples) modifie cet optimum.

Conclusion

La coévolution hôte-parasite produit des cycles de fréquences, maintient la diversité génétique et fournit un cadre pour expliquer la persistance du sexe. Les expériences d’infections croisées permettent de tester l’adaptation locale.

La virulence est elle-même un caractère évolutif, soumis à des compromis, ce qui a des implications pour la santé publique.

Cartes

Qu’est-ce que la coévolution ?: Changements évolutifs réciproques entre deux espèces (ou plus) en interaction, induits par la sélection exercée l’une sur l’autre.
Que dit l’hypothèse de la Reine rouge ?: Dans un environnement d’adversaires en évolution, une espèce doit s’adapter en continu pour maintenir son aptitude relative ; le « surplace » est la norme.
Modèle gène pour gène ?: Un gène de résistance chez l’hôte correspond à un gène d’avirulence chez le parasite ; l’infection dépend de la reconnaissance, typique des plantes.
Modèle matching alleles ?: L’infection exige l’appariement de l’allèle du parasite à celui de l’hôte, comme une clé et une serrure ; il produit des cycles fréquence-dépendants plus marqués.
Que montre Potamopyrgus antipodarum et ses trématodes ?: Les escargots sexués sont plus fréquents là où le parasitisme est plus fort, et les parasites sont adaptés localement aux clones communs, ce qui soutient la Reine rouge.
Que montre Daphnia magna et Pasteuria ramosa ?: Des expériences de sédiments d’étangs montrent que les parasites sont plus infectieux sur des hôtes contemporains que sur des hôtes passés ou futurs, ce qui indique une coévolution cyclique.
Qu’est-ce que la virulence ?: Diminution de l’aptitude de l’hôte due à l’infection.
Quel est le compromis de virulence ?: Une virulence plus élevée augmente l’exploitation de l’hôte mais réduit la durée d’infection ; l’optimum maximise la transmission totale.
Pourquoi les parasites s’adaptent-ils souvent plus vite que leurs hôtes ?: Temps de génération court, grandes tailles de population et forts taux de mutation.
Quel est le coût de la résistance ?: Compromis où des gènes de résistance réduisent d’autres composantes de l’aptitude, ce qui limite leur fixation.

Glossaire

Résistance: Capacité de l’hôte à limiter la charge parasitaire.
Tolérance: Capacité de l’hôte à limiter les dégâts d’une charge parasitaire donnée.
Virulence: Réduction de l’aptitude de l’hôte causée par le parasite.
Adaptation locale: Performance supérieure d’un parasite sur l’hôte local par rapport à un hôte étranger.
Sélection fréquence-dépendante négative: Avantage conféré par la rareté d’un génotype.
Course aux armements: Série d’adaptations et contre-adaptations successives menant à l’escalade d’un trait.