Titre de l'article

Les changements au sein d'un réseau génétique masquent la contribution de l'évolution des gènes Hox

Introduction à l'article

Les gènes Hox sont des gènes dits "sélecteurs" qui contrôlent le schéma corporel des animaux à symétrie bilatérale en conférant une identité spécifique aux différents segments du corps et en orchestrant leur développement. Changer l'activité d'un gène Hox modifie drastiquement le schéma corporel d'un animal, causant notamment des "homéoses" (remplacement d'un organe par un autre). Ces gènes Hox ont donc été depuis longtemps considéré comme des moteurs essentiels aux innovations morphologiques au cours de l'évolution.

Cependant, comment l'activité de tels gène peut évoluer sans aboutir à des individu difformes et certainement éliminés par la sélection naturelle pose question. Cet étude permet d'imaginer comment une accumulation de mutations en aval des gènes Hox peut rendre viable un changement drastique de l'activité de ces gènes maître du développement, et propose donc un mécanisme moléculaire conciliant "micro" et "macroévolution" pouvant aboutir à des innovations morphologiques.

Expériences de l'article

L'étude se focalise sur deux espèces proches de mouches drosophiles : D. yakuba dont les mâles présentent une pigmentation sombre de l'abdomen (plésiomorphie), et D. santomea chez qui cette pigmentation est absente (apomorphie). Chez D. yakuba, un gène Hox (AbdB) est exprimé dans l'abdomen et active des gènes nécessaires a la pigmentation (yellow, ebony, tan...). Chez D. santomea, ni AbdB, ni yellow,_ ebony_ ou tan ne sont exprimés. Les expériences de l'étude consistent à éteindre ou activer AbdB chez les différentes espèces afin d'observer l'impact sur la pigmentation et sur l'activité des gènes yellow, ebony et tan en aval. S'en suit une analyse des régions régulatrices du gène ebony permettant de comprendre l'activité de ce gène, ancestralement dépendante de AbdB, a pu évoluer.

Résultats de l'article

La différence de pigmentation entre D. yakuba et D.santomea semble simplement reposer sur une différence d'expression de AbdB. Éteindre AbdB chez D. yakuba éteint aussi yellow, ebony et tan, et fait donc disparaitre la pigmentation. Cependant, activer AbdB chez D. santomea ne provoque pas l'activation de yellow, ebony et tan, et ne provoque pas l'apparition d'une pigmentation. Cela suggère que ce n'est pas seulement l'expression de AbdB qui à évolué, mais aussi les relations d'épistasie au sein du réseau génétique contrôlé ancestralement par AbdB. Chez D. santomea, yellow, ebony et tan sont devenu sensible a la répression par un autre gène (Pdm3) et un transposon intégré dans les régions régulatrices du gène ebony rends ce gène insensible à la régulation par AbdB, dont l'expression aurait changé secondairement. Cela suggère qu'il est possible de modifier le développement d'un organisme via le réseau moléculaire contrôlé par un gène Hox sans jouer directement sur l'expression du gène Hox.

Rigueur de l'article

Cet article de recherche se focalise sur un cas particulier qui n'est pas nécessairement généralisable aux très nombreux cas décrits où une différence morphologique semble due à l'évolution du profil d'expression d'un gène Hox. Cependant l'idée suggérée par cet étude est compatible avec certaines études précédentes, montrant que pour générer des schéma corporels différents entre différentes espèces, les gènes cibles homologues pouvaient perdre ou acquérir une sensibilité à la régulation par les gènes Hox. Cet article va cependant plus loin que certaines études précédentes en investiguant en détail la manière dont a évolué le réseau génétique en aval des gènes Hox. Cela est rendu possible par le fait que le système étudié soit deux espèces proches présentant une différence marquée et simple a étudier (présence/absence de pigments due à quelques gènes bien connu) combiné a l'utilisation de techniques récentes.

Ce que cet article apporte au débat

Les résultats issus de la biologie du développement ont longtemps suggéré que les changements de l'activité des gènes Hox était un moteur essentiel de l'évolution morphologique des animaux. Cependant, ce prisme a pu biaisé les études précédentes en les focalisant sur l'étude ces gènes sélecteurs plutôt que sur les réseaux génétiques en aval. Le fait que ces réseaux soient bien plus difficiles à étudier joue également en ce sens.

Il à donc longtemps été compliqué d'imaginer comment l'activité de gènes aussi important que les gènes Hox pouvait évoluer directement sans provoquer des anomalies délétères chez les individus. Ici, il est proposé que le réseau génétique en aval des gènes Hox puissent accumuler de multiples mutations aux effets plus subtiles, et que simultanément ou secondairement l'activité des gènes Hox puissent alors suivre sur cette évolution sans causer de changements morphologiques trop drastiques pour être viables et avantageux.

Figure
Légende :

A et B : Vue dorsale de l’extrémité de l’abdomen de mâles de D. yakuba et D. santomea. C et D : iab-5 contrôle l’expression de AbdB. Un rapporteur montre l’activité de cet élément régulateur. E et F : Marquage des ARNm de yellow chez D. yakuba et D. santomea. L’activité de AbdB et de yellow est corrélée chez les deux espèces. G : les D. yakuba homozygotes pour la délétion de iab-5 présentent une perte de pigmentation. H : l’expression de AbdB chez D. santomea ne restaure pas la pigmentation. I : Schématisation du modèle proposé pour expliquer l’évolution de la pigmentation chez D. yakuba et D. santomea. Chez D. yakuba, AbdB active l’expression de gènes impliqués dans la pigmentation, permettant l’apparition de la teinte sombre. Au cours de l’évolution de D. santomea, plusieurs mutations ont touchés les gènes impliqués dans la pigmentation, ainsi que la perte d’expression de AbdB. Restaurer l’expression de AbdB chez D. santomea actuel n’est pas suffisant pour restaurer la teinte sombre

Publiée il y a plus de 2 ans par G. Giraud.
Dernière modification il y a plus de 2 ans.
Article : Changes throughout a Genetic Network Mask the Contribution of Hox Gene Evolution
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  • Auteurs
    Yang Liu, Margarita Ramos-Womack, Clair Han, Patrick Reilly, Kelly LaRue Brackett, William Rogers, Thomas M. Williams, Peter Andolfatto, David L. Stern, Mark Rebeiz
  • Année de publication
    2019
  • Journal
    Current Biology
  • Abstract (dans sa langue originale)

    Hox genes pattern the anterior-posterior axis of animals and are posited to drive animal body plan evolution, yet their precise role in evolution has been difficult to determine. Here, we identified evolutionary modifications in the Hox gene Abd-B that dramatically altered its expression along the body plan of Drosophila santomea. Abd-B is required for pigmentation in Drosophila yakuba, the sister species of D. santomea, and changes to Abd-B expression would be predicted to make large contributions to the loss of body pigmentation in D. santomea. However, manipulating Abd-B expression in current-day D. santomea does not affect pigmentation. We attribute this epistatic interaction to four other genes within the D. santomea pigmentation network, three of which have evolved expression patterns that do not respond to Abd-B. Our results demonstrate how body plans may evolve through small evolutionary steps distributed throughout Hox-regulated networks. Polygenicity and epistasis may hinder efforts to identify genes and mechanisms underlying macroevolutionary traits.

  • Identifiant unique
    https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.05.074
  • Accès libre
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  • Apparait dans la controverse
    L'évolution des organismes se fait elle graduellement ou par saut ?
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  • L'évolution des organismes se fait elle graduellement ou par saut ? Gradualisme ou Equilibres ponctués
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