De simples mutations génétiques peuvent transformer les nageoires en membres

Des chercheurs à Université de Harvard ont identifié des mutations génétiques simples qui provoquent la transformation des nageoires du poisson zèbre en structures complexes ressemblant à des membres. Alors que les études précédentes sur la transition des nageoires aux membres se concentraient sur les archives fossiles, l’étude actuelle était basée sur un dépistage génétique avancé.

Une équipe d’experts dirigée par M. Brent Hawkins a entrepris d’identifier les mutations qui affectent les squelettes des nageoires du poisson zèbre. Contrairement aux membres des tétrapodes au squelette complexe, les nageoires pectorales du poisson zèbre ont un endosquelette simple dépourvu d’articulations.

Les chercheurs ont été surpris de découvrir des mutants qui modifiaient leurs nageoires pour obtenir un motif ressemblant davantage à des membres en ajoutant de nouveaux os, notamment des muscles et des articulations. Cette découverte signifie que la capacité de former des structures semblables à des membres était présente chez le poisson zèbre à l’état dormant et que cette capacité peut être activée par des modifications génétiques.

« Nous examinons certaines des aberrations du développement et demandons si elles peuvent nous informer des processus qui se produisaient sous-jacents à certains de ces grands changements dans l’évolution », a déclaré le professeur Matthew P. Harris, auteur principal de l’étude. « Et quand vous voyez quelque chose qui ne devrait jamais être là, je veux dire 400 millions d’années, jamais, c’est une découverte majeure. »

Les poissons zèbres sont des téléostéens – une lignée diversifiée d’environ 30 000 espèces qui comprend des poissons rouges, des saumons, des anguilles, des plies, des poissons-clowns, des poissons-globes et des poissons-chats. Malgré la diversité remarquable des espèces téléostéennes, leurs nageoires pectorales sont étonnamment simples et inchangées.

La co-auteure de l’étude, Katrin Henke, du Boston Children’s Hospital, a effectué des tests génétiques avancés pour muter de manière aléatoire l’ADN du poisson zèbre. L’objectif était d’identifier les gènes qui contrôlent la formation du squelette de la nageoire.

Lorsqu’une mutation provoquait des changements intéressants dans le squelette du poisson zèbre, les experts remontaient à la mutation pour voir quels gènes étaient affectés. Ils ont découvert que des mutations dans les gènes waslb et vav2 sont à l’origine du phénotype des nageoires. C’est la première fois que l’on sait que ces gènes particuliers jouent un rôle dans la structuration du corps.

« C’était une grande question de savoir comment waslb et vav2 modifiaient la configuration des nageoires », a déclaré Hawkins. « Ces gènes n’étaient connus pour interagir avec aucune des voies très bien caractérisées qui guident le développement des membres. »

«Cependant, nous avons constaté que ces mutations provoquent une augmentation de l’expression du gène hoxa11b. Ce gène est très intéressant car les gènes Hox sont en partie responsables de la configuration de la colonne vertébrale ainsi que des régions du membre. Et les gènes Hox11 en particulier sont nécessaires à la fabrication de l’avant-bras.

« Avant cela, il n’y avait aucun exemple où nous avions des gènes ou des mutations qui élaborent réellement la structure et la rendent encore plus compliquée », a déclaré Hawkins. « Même dans le cas des membres, nous savons seulement comment rendre un membre plus petit ou moins complexe, mais nous n’avions aucune information sur la manière d’ajouter des éléments à une nageoire ou à un membre. »

« C’était également très surprenant », a déclaré le professeur Harris. « Nous n’avions pas d’exemples expérimentaux concrets où l’on prenait un gène, l’amplifiait, le faisait fonctionner davantage et obtenait à la fin une structure mature plus complexe. Dans nos découvertes, nous avons en fait découvert certains des cadrans qui peuvent modifier les voies génétiques et finalement obtenir une structure plus complexe.

L’étude a révélé que les nageoires et les membres utilisent les mêmes mécanismes génétiques pour spécifier la partie médiane de l’appendice. À l’avenir, Hawkins prévoit d’étudier si les nageoires et les membres forment d’autres régions des appendices de la même manière.

« Il y a toujours l’humérus dans le membre et nous ne savons pas quelle est la partie correspondante de la nageoire, en termes d’exigences génétiques », a déclaré Hawkins. « Nous savons qu’il existe des signaux proximaux qui déterminent où l’humérus doit aller, mais nous ne savons pas si les poissons utilisent ces signaux ou non. »

« Nous voulons savoir, dans un sens développemental, comment ces signaux sont apparus dans les membres et si ces signaux sont déjà présents sous une forme ou une autre dans la nageoire du poisson. Et j’espère que nous pourrons compléter la correspondance entre les nageoires et les membres.

L’étude est publiée dans la revue Cellule.

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Par Chrissy Sexton, Espèces-menacées.fr Rédacteur