Mécanismesgénétiquesàl’originedeladiversificationdes

êtresvivantsTS_T2_TP5

Exemple1– Modificationsphénotypiqueschezlesépinoches

Epinoche marin Epinoche lacustre

Cresko, W.A., et al. 2004 Parallel genetic basis for repeated evolution of armor loss in Alaskan threespinestickleback populations. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 101:6050-6055, Fig. 4, p. 6053

Comparaison:Lacomparaison desépinoches montrelaréduction trèsnettedes plaques osseuses surlesflancs etl’absence d’épines pelviennes chezles épinoches lacustres.Comme celles-ci peuplant leslacsactuellement proviennent depopulations d’épinoches marines ayantpeuplé leslacsformés àlasuitedelafontedelacalotteglaciaire,celatraduituneévolution phénotypique desépinoches lacustresenunedizaine demilliers d’années.

• Analysegénétique

Exemple1– Modificationsphénotypiqueschezlesépinoches

Croisement entre formes parentales marine et lacustre, phénotype des hybrides F1 et génération F2 obtenues par croisement entre hybrides F1.

• ExpressiondugènePitx1aucoursdidéveloppementdesépinoches• Parlaméthoded’hybridationinsitu,lesbiologistes ontrecherchéles endroits del’organismeoùonpeutdétecterlaprésenced’ARNmdugènePitx1 aucours dudéveloppement. Cesterritoiressont colorés enbleu aveclaméthodeutilisée.

Exemple1– Modificationsphénotypiqueschezlesépinoches

En haut, embryon d'épinoche marine ; en bas embryon d'épinochelacustre. A gauche région de la tête grossie. Pect = nageoire pectorale

Genetic and developmental basis of evolutionary pelvic reduction in threespine sticklebacks. Michael D. Shapiro1 et ali. Nature 428, 717-723.

• Mutationd’uneséquencerégulatricedugènePitx1danslesnageoires• Pourdétectersideschangements dans uneséquence régulatricepouvaient êtreàl’origine duchangementmorphologique, ilsontréaliséune expériencedetransgénèse. Ilsontinjectédans desœufsd’épinoches lacustres,uneconstruction génétiquecomprenant larégion régulatrice« pel »des épinochesmarines, larégionpromotrice etlegènePitx1.Lafigureci-aprèsindique lesrésultatsobtenus.

• A : Epinoche juvénile transgénique. B : épinoche juvénile lacustra. C et D : gros plan sur la région pelvienne de ces épinoches.

Exemple1– Modificationsphénotypiqueschezlesépinoches

Adaptive EvolutionofPelvic Reduction inSticklebacks byRecurrent Deletion ofaPitx1Enhancer.Yingguang FrankChan etali.Science,327,2010, 302-305

Exemple2– Absencedepatteschezlesserpents

Chezlesvertébrés possédant desmembres, commelepoulet, ceux-ci sedéveloppent enavantetenarrièred’une zonedélimitée parl’expression des gènesHox-C6etHox-C8.On acomparél’expression decesdeuxgènes homéotique chezlesserpents etchezlepoulet. Lesrésultatssontprésentés ci-dessous

Exemple2– Absencedepatteschezlesserpents

TravauxdeMoisésMallo del’Instituto GulbenkiandeCiência (Portugal) :Enhaut,unsquelette normal desouris vu parradiographie.Enbas, lesquelette d’une souris dontlesgènesHox6ontétéactivésdans leszonesnormalement sans côtes.Lerésultatestspectaculaire:des côtesdepuis larégionducou jusqu’aubassin, àlamanière d’un squelettedeserpent...

Exemple3– lesvariationsdeformedubecdespinsons

!

En 2004, une équipe de l’université de Harvard a analysé l’expression de l’ARNm du gène Bmp4 (présent chez de nombreuses espèces d’animaux) dans la région de l’embryon à l’origine du bec. L’ARNm est détecté grâce à un marquage produisant une coloration noire sur des coupes de tissu observées au microscope optique.

Les résultats de leurs recherches sont présentés ci-contre : -A : phylogénie de six espèces de pinsons appartenant au genre Geospiza et forme de leur bec.-B : développement embryonnaire du bec (stade 26 = 4,5 jours) avec mise en évidence de l’expression du gène Bmp4

-C : Développement embryonnaire du bec (stade 29 = 5,5 jours) avec mise en évidence de l’expression du gène Bmp4.L’intensité de la couleur traduit l’intensité de l’expression du gène.

Exemple3– lesvariationsdeformedubecdespinsons

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Modification expérimentale del'expression du gèneBmp4chezdesembryons depoulet de10jours

Principedel’hybridationin-situ(H.I.S)

• RAPPEL:L'expressiondesgènes

L’H.I.Sesttrèsutilepourdétectersiungèneparticulierestexprimé,c’est-à-dires’ilyatranscription.• Eneffet;sionobservelaproductiond’ARNmessager(notéARNm)legèneestexprimé;ilestdonc«actif»danslacellule.

• RAPPEL:-Latranscriptionestlasynthèsedel’ARNmàpartird’unematriced’ADN,doncsousladirectiondecedernier.Unbrind’ARNmcomplémentaireaubrind’ADNcodantcommematricevaalorsêtresynthétisé.- Latraductionestlasynthèsed’uneprotéine(polymèred’acidesaminés)àpartirdel’ARNm.Lacelluledoittraduirelaséquencedebasesd’unemoléculed’ARNmenuneséquenced’acidesaminésappartenantàunpolypeptide(voirFigure1).

Principedel’hybridationin-situ(H.I.S)

• OnpeutvérifiersiunARNmestproduitenutilisantlatechniquedel’hybridationinsitu.

• Pourcefaire,onutiliseunesonded’ADNoud’ARNcomplémentaireàuneséquencedel’ARNmrecherché;

• c’est-à-direunecourteséquenced’acidesnucléiques(unacidenucléiquesecomposed’unsucre,d’un

• groupementphosphateetd’unebaseazotée).• Lasondeseliealorsàl’ARNmcorrespondantparhybridationetcommelasondeestmarquéeavecuncolorantcelapermetdelocaliserl’ARNmdansletissu(voirFigure2).Cettetechniquedémontrelaprésencedel’ARNm,celui-ciaétéproduitparlacellule.Onpeutalorsparlerde«gèneexprimé»carlegèneestactif:

• ilyaeutranscription.

Principedel’hybridationin-situ(H.I.S)

Principedel’hybridationin-situ(H.I.S)

Notiondefacteurdetranscriptionetdeséquencerégulatrice

Ungène,outresaséquence transcriteavecses exonsetintrons, comprenduneouplusieurs séquencesditescis-régulatrices quicontrôlent son expression.

Cesontdes séquences deplusieurs centaines depairesdenucléotides généralement, situées àdes distancesvariables delaséquence transcritesur lamêmemolécule d’ADN.Demanièrecomplexe ellesinterviennent surl’efficacité aveclaquelle l’ARNpolymérase débutelatranscription auniveaudu sited’initiation. Desmutationsd’uneséquencerégulatriced’ungènepeuvent affecterlatranscription dugène, lelieu, l’intensité aveclequel ils’exprime.Autrementdit,plus quedesmutations portantsurlaséquencecodantedes gènes,cesontdesmutations portantsurlesséquences régulatricesdesgènesdedéveloppement quipeuvent entraînerdeschangementsmorphologiques etanatomiques.