Parfois un petit changement génétique produit un grand effet sur le phénotype

Un phénotype nouveau et très différent résulte parfois de petites modifications génétiques 

Une des difficultés pour comprendre les mécanismes de l'évolution est d'imaginer comment l'apparition d'une structure anatomique ou cellulaire nouvelle, pourrait résulter de petites modifications génétiques, telles que des mutations ou des recombinaisons graduelles.

JTS présente ici deux exemples de recherches récentes qui montrent concrètement de tels exemples.

Cooper & Milinkovitch (2023) de l'université de Genève ont révélé comment l'activation d'un seul gène (qui lui même agit sur l'expression d'autres gènes) produit l'apparition de plumes complètement formées plutôt que d'écailles sur les pattes de poules. Ce type de changement pourrait bien avoir conduit à la diversité des formes d'écailles et de plumes, y compris chez les dinosaures. cf figure 1 Ci-contre ©UniGE. encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

La voie Sonic Hedgehog (Shh)

"En conclusion, nous avons montré que l'activation transitoire de la voie de signalisation Shh, au début du développement embryonnaire d'écailles réticulées, est suffisant pour déclencher leur remplacement par des plumes sur la surface ventrale du pied aviaire. Cette conversion d'écailles réticulées en plumes est stable car les plumes ectopiques persistent tout au long du développement post-embryonnaire, se transformant en plumes adultes régénératives à symétrie bilatérale. Par conséquent, leurs résultats démontrent que le réseau d'interaction impliqué dans le développement des appendices cutanés de poulet peut être déplacé de manière permanente d'un état stable (conduisant au développement d'écailles réticulées) à un autre état stable (conduisant au développement de plumes), ouvrant la possibilité d'étudier comment les changements évolutifs dans les réseaux d'interaction génétiques ont permis des transitions marquées de formes entre les types d'appendices cutanés. L'étude par le laboratoire du Pr. Milinkovitch indique également que les variations naturelles de la signalisation Shh sont probablement un moteur évolutif de la diversité des formes d'écailles et de plumes." Traduction de l'abstract de :  Cooper & Milinkovitch (2023) encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Voir aussi :

• Intervention dans CQFD, on y appréciera notamment le sérieux et l'humour du professeur Michel Milinkovitch.
• Cf aussi le press release de l'uniGE 
  
• Cooper, R. L., & Milinkovitch, M. C. (2023). Transient agonism of the sonic hedgehog pathway riggers a permanent transition of skin appendage fate in the chicken embryo. Science Advances, 9(20), eadg9619. https://doi.org/10.1126/sciadv.adg9619
  

NB: Michel Milinkovitch a traité de nombreux autres thèmes étonnants et passionnants ; cf, sa page d'interventions à la RTS: https://avisdexperts.ch/experts/michel_milinkovitch

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Des levures deviennent (partiellement) phototrophes par l'apport d'un gène

On n'imagine pas facilement comment la photosynthèse - où de nombreux processus interdépendants s'articulent  - peut être apparue progressivement. Or Peterson, & al. (2022) montrent comment en insérant un seul gène de Rhodopsine (cf. le plasmide fig 4) dans la vacuole (cf. fig 4) de banales levures, elles se développent à la lumière nettement plus rapidement : elles y acquièrent un avantage sélectif très net cf figure 2. encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Fig 2: La valeur adaptative ( Fitness) améliorée avec Rhodopsine [img]. Source : Peterson, & al. (2022)

PubMed résume très concisément l'article de Peterson, & al. (2022).
 "L'expérience montre la facilité avec laquelle des organismes pourraient exploiter la lumière du soleil pour produire de l'énergie." Traduction Google de la fiche PubMed PMID: 37079674

Abstract de Peterson, & al. (2022)

"L'origine de la phototrophie a joué un rôle central dans l'augmentation de la taille et de l'échelle de la biosphère, car elle a permis aux organismes d'utiliser le transport d'énergie par la lumière pour piloter les processus biologiques. La rétinalophototrophie, l'une des deux voies phototrophiques évoluées indépendamment, consiste en un système simple de rhodopsines microbiennes qui se sont largement propagées à travers l'arbre de la vie par transfert horizontal de gènes. Ici, nous avons cherché à déterminer si Saccharomyces cerevisiae, un champignon hétérotrophe sans histoire évolutive connue de phototrophie, peut fonctionner comme un phototrophe artificiel facultatif après avoir acquis un seul gène de rhodopsine."Traduction Google de Peterson, & al. (2022)

Fig 3: A -> La structure du Plasmide utilisé  [img]. Source : Peterson, & al. (2022)

Nous avons transformé S. cerevisiae en un phototrophe facultatif en insérant une protéine rhodopsine d'Ustilago maydis dans la vacuole de la levure, permettant à la lumière de pomper des protons dans le compartiment vacuolaire, une fonction généralement entraînée par la consommation d'ATP. Traduction Google de Peterson, & al. (2022)

Fig 4: B) Modèle de l'effet de la rhodopsine vacuolaire sur la physiologie de la levure. L'excitation par la lumière verte,  la rhodopsine  pompe les protons du cytoplasme vers la vacuole, désacidifiant le cytoplasme et dissociant les fibres URA7-GFP. [img]. Source : Peterson, & al. (2022)

Nous montrons que les levures contenant des rhodopsines acquièrent un avantage sélectif lorsqu'elles sont cultivées sous une lumière verte, se développant plus rapidement que leur ancêtre non phototrophe ou la levure porteuse de rhodopsines cultivée dans l'obscurité Cf. Fig 2). Ces résultats soulignent la facilité remarquable avec laquelle les rhodopsines peuvent être transférées horizontalement même chez les eucaryotes, fournissant une nouvelle fonction biologique sans nécessiter au préalable une optimisation évolutive." Traduction Google de Peterson, & al. (2022)

(Les membres Jump-To-Science peuvent obtenir ces articles…).

Références:

• Cooper, R. L., & Milinkovitch, M. C. (2023). Transient agonism of the sonic hedgehog pathway riggers a permanent transition of skin appendage fate in the chicken embryo. Science Advances, 9(20), eadg9619. https://doi.org/10.1126/sciadv.adg9619
  
• Peterson, A., Baskett, C., Ratcliff, W. C., & Burnetti, A. (2022). Using light for energy : Examining the evolution of phototrophic metabolism through synthetic construction [Preprint]. Cell Biology.  https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.06.519405v2
  

Remerciements :

Au professeur Michel Milinkovitch pour une relecture et correction d'une version préliminaire de ce texte.

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