Différents systèmes de détermination du sexe chez deux espèces étroitement liées de vairons eurasiennes (Phoxinus)

Pourquoi ces petits poissons de rivière comptent

Les vairons eurasiennes sont de petits poissons d’eau douce familiers, mais leur ADN recèle une histoire étonnamment dramatique. Cette étude montre que deux espèces de vairons étroitement apparentées, vivant côte à côte dans des rivières européennes et capables d’hybridation, utilisent en réalité des systèmes génétiques différents pour déterminer si un embryon devient mâle ou femelle. Cette différence discrète au niveau chromosomique peut contribuer à maintenir les espèces séparées et offre une fenêtre sur les mécanismes de formation de nouvelles espèces.

Deux vairons qui se ressemblent, deux règles cachées

Les chercheur·e·s se sont intéressé·e·s à deux espèces : Phoxinus phoxinus, courant dans les bassins de la Meuse et du Rhin, et Phoxinus csikii, principalement présent dans le Danube et certaines parties du Rhin. Ces vairons fréquentent souvent les mêmes eaux et des hybrides ont été rapportés, pourtant leurs limites exactes en tant qu’espèces restent floues. Comme la détermination du sexe peut évoluer rapidement et influencer la fertilité des hybrides, l’équipe a cherché à déterminer comment le sexe est génétiquement défini chez chaque espèce. Ils ont d’abord confirmé, en utilisant l’ADN mitochondrial de dizaines de poissons, que leurs échantillons formaient bien deux groupes génétiques distincts correspondant aux deux espèces nommées, ce qui justifiait une analyse génomique détaillée par espèce.

Observer le génome à la recherche d’indices

Les chromosomes sexuels chez les mammifères et les oiseaux sont faciles à repérer : le X et le Y, ou le Z et le W, diffèrent en taille et en contenu. Chez de nombreux poissons, en revanche, les chromosomes sexuels ressemblent encore beaucoup aux autosomes, ce qui les rend difficiles à détecter au microscope. Pour contourner cette difficulté, les chercheurs ont séquencé des génomes complets de mâles et de femelles identifiés des deux espèces de vairons. Ils ont ensuite utilisé plusieurs stratégies complémentaires. L’une comparait la couverture de l’ADN entre les sexes, ce qui peut mettre en évidence de larges segments chromosomiques présents principalement chez les mâles ou les femelles. Une autre a examiné des millions de variants génétiques, à la recherche de positions où un sexe est principalement hétérozygote (portant deux versions différentes) tandis que l’autre est homogène. Une troisième approche, plus flexible, a compté de courts fragments d’ADN appelés k‑mers directement à partir des données brutes, recherchant des séquences apparaissant surtout chez un sexe sans dépendre lourdement d’un génome de référence existant.

Une espèce avec un système mâle‑centré, l’autre avec un système femelle‑centré

Pour P. phoxinus, les signaux convergent : les mâles présentaient davantage de variants hétérozygotes et des séquences d’ADN spécifiques dans deux petites régions, l’une sur le chromosome 3 et l’autre sur le chromosome 12. Dans les populations fluviales du Rhin, la région du chromosome 3 séparait le plus clairement mâles et femelles, tandis que dans la Meuse, la région du chromosome 12 jouait un rôle plus marqué. Dans les deux zones, les mâles avaient tendance à porter deux versions différentes de l’ADN, tandis que les femelles avaient des copies appariées. Cette signature indique un système classique XX/XY, où les mâles portent le chromosome sexuel distinct. Dans ces régions, l’équipe a trouvé des gènes liés au développement des spermatozoïdes, à la croissance cellulaire et à la coloration subtile — des traits qui peuvent être étroitement associés au sexe.

Chez P. csikii, l’histoire s’inverse. Les balayages traditionnels basés sur les variants, qui dépendaient davantage du génome de référence de P. phoxinus, n’ont pas détecté de région clairement liée au sexe, probablement parce que de nombreuses séquences spécifiques aux femelles manquent dans cette référence. Mais l’analyse par k‑mers, qui travaille directement à partir des lectures brutes, a révélé un fort groupe de fragments d’ADN présents uniquement chez les femelles près du début du chromosome 3. Là, les femelles étaient majoritairement hétérozygotes à certaines positions, tandis que les mâles avaient des copies appariées. Ce schéma est caractéristique d’un système ZZ/ZW, où les femelles portent le chromosome sexuel atypique. Les gènes de cette région étaient associés aux réponses au stress, aux membranes cellulaires et aux voies hormonales importantes pour la fonction ovarienne, ce qui correspond à un rôle dans le sexe et la reproduction.

Comment des règles sexuelles différentes peuvent séparer les espèces

Le fait que deux vairons si étroitement liés utilisent des systèmes sexuels opposés — l’un mâle‑centré (XX/XY), l’autre femelle‑centré (ZZ/ZW) — illustre la grande plasticité de la détermination du sexe chez les poissons. Lorsque des espèces avec des systèmes différents s’hybrident, leur descendance peut hériter de combinaisons inhabituelles de chromosomes sexuels qui ne s’apparient pas ou ne fonctionnent pas correctement. Cela peut entraîner des déséquilibres de sex‑ratio, de l’infertilité ou une faible survie, autant de barrières qui limitent le mélange des pools génétiques. Les auteurs suggèrent que ces systèmes sexuels contrastés peuvent donc contribuer à maintenir, voire favoriser, l’isolement reproducteur entre P. phoxinus et P. csikii, malgré leurs aires de répartition chevauchantes. En somme, en révélant comment ces vairons décident du sexe, l’étude éclaire aussi les processus par lesquels de nouvelles espèces émergent et restent distinctes dans des réseaux fluviaux denses.

Citation: Oriowo, T.O., Smith, S.H., Thorman, J. et al. Different sex determination systems in two closely related Eurasian minnow (Phoxinus) species. Heredity 135, 259–270 (2026). https://doi.org/10.1038/s41437-026-00827-8

Mots-clés: détermination du sexe, vairons eurasiennes, chromosomes de poissons, hybridation, spéciation