Une équipe de recherche internationale travaillant au Smithsonian Tropical Research Institute au Panama a éliminé un seul gène de contrôle dans l'ADN de sept espèces de papillons différentes. Dans le 18 septembre Actes de l'Académie nationale des sciences première édition en ligne, ils révèlent les résultats surprenants du recâblage du gène WntA :un seul gène influence la diversité exubérante des modèles d'ailes de papillon dans la nature.

« Les motifs des ailes de papillon sont incroyables : » a déclaré Owen McMillan, scientifique du STRI et co-auteur, "une vraie nouveauté évolutive, très diversifiée et fortement façonnée par la sélection naturelle et sexuelle. En manipulant génétiquement des individus de différentes espèces, nous comprenons rapidement comment cette diversité est générée. Étonnamment, un seul gène, et un qui est utilisé à plusieurs reprises tout au long du développement, peut avoir des effets énormes. "La protéine WntA est une molécule de signalisation très conservée. Le gène WntA fait partie d'une petite famille de gènes influençant les plans corporels et d'autres modèles au cours du développement des insectes. Il code pour une molécule de protéine sécrétée qui semble agir comme un signal diffusable, un soi-disant morphogène, qui établit les positions des types de cellules spécialisées dans un tissu. Le terme morphogène a été inventé par Alan Turing, le père de l'informatique théorique et de l'intelligence artificielle qui s'intéressait aux bases chimiques de la morphogenèse.

"Imaginez une image peinte par numéro d'un papillon, " dit McMillan. " Les instructions pour colorer l'aile sont écrites dans le code génétique. En supprimant certaines instructions, nous pouvons en déduire quelle partie dit « peignez le numéro deux en rouge » ou « peignez le numéro un en noir ». Bien sûr, c'est beaucoup plus compliqué que cela parce que ce qui change réellement, ce sont les réseaux de gènes qui ont un effet en cascade sur le motif et la couleur."

"Travailler dans le nouveau laboratoire du Smithsonian à Gamboa, Panama, nous avons injecté des œufs de papillon avec une sonde d'ARN qui s'est attachée à une partie du code génétique, un gène appelé WntA, que nous soupçonnions de jouer un rôle dans l'expression de la couleur, " dit Caroline Concha, Stagiaire post-doctoral en biogénomique au STRI. "Après avoir assommé le gène, nous avons laissé les papillons grandir et comparé les modèles d'ailes des mutants knock-out avec les modèles d'ailes d'origine, " a déclaré Richard Wallbank, boursier postdoctoral du STRI et de Cambridge.

Répéter la même procédure dans sept espèces de papillons différentes et comparer les résultats, l'équipe a découvert des façons inattendues dont le gène WntA influence le motif des ailes.

"Pour en revenir à l'analogie de la peinture par numéro, « Numéro un » peut se déplacer autour de l'aile dans différentes espèces de papillons, et même dans différentes variantes de motifs de couleur de la même espèce. Dans les monarques, par exemple, le gène est exprimé avec une précision fine le long des nervures des ailes. En revanche, dans Heliconius, un groupe connu pour les motifs d'ailes vives, le gène est exprimé en traits de pinceau gras de la pointe à la base de l'aile. Et ça devient encore plus fou, parce que la couleur du 'Numéro un' peut changer en fonction du contexte, changer entre différents pigments colorés et même changer la façon dont la lumière est réfléchie. Chez les papillons, la couleur est fonction à la fois du pigment et des propriétés structurelles des cellules d'écailles qui recouvrent l'aile, " a déclaré McMillan.

WntA était l'un des premiers gènes découverts pour être impliqués dans la structuration chez Heliconius par Arnaud Martin, lorsqu'il travaillait en tant que boursier STRI à court terme pendant son doctorat. recherche. The team can predict how many different genes this one regulatory gene controls based on the number of potential regions along the gene that it can bind to. This is much less costly to the organism than having to create different proteins for each job.

"The butterflies and moths, the Lepidoptera, are the third largest group of organisms known on the planet, " said Martin, now Assistant Professor of Biology at George Washington University and corresponding author of the study. "Once we identified the sets of genes regulated by a gene like WntA, we can look at the sequence of different butterflies in the family tree to see when and where these changes took place during the 60 million years of butterfly evolution."