Figure 1 :Fluorescence de la souche reporter dsx1. Des daphnies entièrement matures âgées de neuf jours ont été observées en fond clair (rangée du haut), Filtre GFP (rangée du milieu), et filtre mCherry (rangée du bas). La fluorescence verte omniprésente est causée par le génotype de fond EF1α-1::h2b-gfp. Dans tous les cas, le signal rouge des tripes (traits pointillés) représente l'autofluorescence de la chlorella, principal aliment utilisé dans la culture des daphnies. An1 :premières antennes. T1 :premières pattes thoraciques. Barres d'échelle =0,5 mm. Les photos ont été prises avec les mêmes paramètres de l'appareil photo. Crédit :Université d'Osaka
Deux nouvelles études menées par des chercheurs de l'Université d'Osaka fournissent des informations sur les différences entre les corps masculins et féminins de la même espèce. Les études montrent des facteurs qui régulent l'expression du doublesexe1, un gène responsable de la croissance des traits mâles chez l'ancien crustacé Daphnia magna et de l'expression spatiale subséquente de doublesex1 dans le développement de l'embryon. Les études fournissent des informations sur la façon dont l'environnement provoque des changements génétiques pour la préférence de genre et l'évolution du dimorphisme sexuel.
La riche crinière d'un lion, la queue colorée d'un paon, les exemples de dimorphisme sexuel sont abondants. Le professeur de l'Université d'Osaka, Hajime Watanabe, a étudié les gènes à la base des différences entre les corps masculin et féminin d'une même espèce. Dans deux nouveaux articles, son laboratoire rapporte la régulation moléculaire et l'expression spatiale du gène qui porte bien son nom, doublesexe1, chez Daphnia magna. Ce crustacé ancien fournit un modèle pour expliquer l'évolution du dimorphisme sexuel dans le règne animal.
« La détermination du sexe peut être largement divisée en deux catégories :la détermination génétique du sexe et la détermination environnementale du sexe (ESD), " dit Watanabe.
Dans des conditions normales, Daphnia magna se reproduit de manière asexuée pour ne former que des femelles. Cependant, en période de stress élevé, comme une pénurie de nourriture, il appliquera l'EDD pour produire également des mâles de manière asexuée, qui contribuera à la reproduction sexuée.
Dans la première étude, en utilisant l'édition de gènes basée sur TALEN, le groupe a réussi à attacher un rapporteur fluorescent au gène doublesex1 pour observer l'expression spatiale de doublesex1 dans l'embryon de Daphnia magna en temps réel. L'étude montre quand et où dans l'embryon le double sexe1 est exprimé pour la première fois et comment cette expression change avec le temps pour produire des traits masculins.
"Nos résultats suggèrent un rôle spécifique au temps et au site du double sexe1. Le gène n'est recruté que quand et où il est nécessaire, " dit Watanabe.
Figure 2 :Modèle d'expression spatiale de mCherry en tant que rapporteur de l'expression du gène Dsx1 à 50 hpo. Les mâles non injectés présentent une expression mCherry dans la première antenne (An1), première jambe thoracique (T1) et génitale (Ge). Les femelles ont reçu une injection d'ARNm de Vri abritant son CDS complet. Barres d'échelle :200 m. Crédit :Université d'Osaka
Les résultats divisent l'expression de dobulesex1 pour le développement masculin en six étapes, comprenant deux étapes non identifiées auparavant, invagination stomodeale et migration des cumulus.
Bien que les deux sexes soient porteurs du gène, l'expression temporelle du doublesexe1 est beaucoup plus longue chez les hommes que chez les femmes, suggérant que certains facteurs se comportent différemment dans les deux sexes. Dans la deuxième étude, Watanabe démontre que le facteur de transcription est responsable de l'expression du doublesexe1. La vrille est connue pour avoir un rôle dans la croissance et les rythmes circadiens, mais le groupe a découvert qu'il est sensible au stress environnemental. L'équipe de Watanabe a découvert que la suppression de l'expression de Vrille dans les embryons en développement mâle ou le forçage de son expression dans les embryons en développement femelle faisait que les embryons montraient des signes du sexe opposé et modifiaient l'expression doublesex1.
La plupart des embryons dans les expériences sont morts, probablement parce que Vrille est cruciale pour de nombreuses autres fonctions biologiques en plus du développement sexuel, mais les données, Watanabe dit, a clairement indiqué que Vrille active la transcription de doublesex1 par cooptation de gènes.
"La cooptation de gènes est une méthode évolutive par laquelle les gènes prennent de nouvelles fonctions. Les humains n'ont pas de Vrille. Ils ont un orthologue, E4BP4/NFLIL3, " il dit, ajoutant que l'étude de cette cooptation chez Daphnia magna pourrait donner un aperçu de l'évolution de E4BP4/NFLIL3 chez l'homme.
Les résultats des études sont cohérents avec d'autres animaux et, Watanabe souligne, soutiennent l'utilisation de Daphnia magna pour étudier l'évolution du dimorphisme sexuel.
"Un certain nombre de groupes ont étudié le développement de traits spécifiques au sexe dans des organismes modèles tels que la souris et la drosophile. Ces modèles sont informatifs, mais ils ne conviennent pas à l'étude de l'évolution. Daphnia magna a une position plus ancestrale et un système sexuel unique, " il dit.
