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H2020

Finch Evo-Devo — Résultat en bref

Project ID: 702707
Financé au titre de: H2020-EU.1.3.2.
Pays: Royaume-Uni
Domaine: Recherche fondamentale, Changement climatique et Environnement

Les becs de pinsons en «évo-dévo»

Les pinsons de Darwin présentent une énorme diversité dans la forme et la taille de leurs becs qui varie en fonction du régime alimentaire. Le projet Finch Evo-Devo, financé par l’UE, a utilisé la génomique augmentée – la transcriptomique – pour expliquer comment 15 espèces de pinson ont évolué à partir d’un unique ancêtre, débarqué sur les îles Galápagos.
Les becs de pinsons en «évo-dévo»
Selon la génétique évolutive du développement, ou «évo-dévo», la plupart des formes biologiques adultes peuvent déjà être observées au cours du développement embryonnaire (c’est-à-dire avant la naissance/l’éclosion) à mesure que l’animal se forme. L’apparition transitoire de branchies et d’une queue chez l’homme, qui finit par se perdre ensuite dans le processus de développement, constitue un exemple classique.

Ces programmes de développement génétique varient selon les espèces en raison des différences de régulation des gènes actifs au cours du développement embryonnaire. Chez les pinsons de Darwin, les différentes formes et tailles du bec sont déjà évidentes chez les embryons tardifs. Cela démontre que la morphologie du bec est génétiquement déterminée et ne dépend pas de facteurs environnementaux (comme l’alimentation) après l’éclosion. «Nous avons étudié les pinsons de Darwin des îles Galápagos, car ils sont un exemple emblématique de l’évolution par sélection naturelle et que leur survie dépend en grande partie de leur bec», explique le Dr Arkhat Abzhanov, coordinateur du projet Finch Evo-Devo.

Une évolution modulaire

De précédentes recherches du groupe utilisant des modèles mathématiques ont montré que les formes des becs peuvent être divisées en trois groupes. Les groupes se distinguent par la courbure du bec et la taille varie au sein de chaque groupe. «Précédemment, nous avons découvert que lors du développement embryonnaire des espèces du groupe A, les trois dimensions du bec – longueur, largeur et profondeur – et les deux tissus qui lui donnent naissance – cartilage et os – sont régulés indépendamment par différentes voies de signalisation», souligne la Dre Mariya Dobreva, chercheuse principale de la recherche.

En conséquence, des modules de développement distincts permettent une variation indépendante entre eux, ce qui augmente la variation globale. Cela peut permettre d’expliquer l’incroyable diversité des êtres vivants sur notre planète.

La génomique avancée: où, quand et combien

Le séquençage comparatif du transcriptome entier relève de la génomique avancée – alors que la génomique donne des informations sur les «recettes» permettant de construire un corps, la transcriptomique nous montre comment ces recettes sont réalisées, révélant où et quand les gènes du développement sont actifs. L’équipe a comparé la composition de l’ARNm dans un tissu particulier, en l’occurrence le primordium du bec lorsque la forme du bec se modèle.

L’équipe Finch Evo-Devo valide actuellement un sous-ensemble de nouveaux gènes candidats. Des tests de gain et de perte de fonction avec des virus génétiquement modifiés portant le gène d’intérêt sur des embryons de poulet en développement révéleront leurs rôles dans la morphogenèse du bec. «Les tests sur les embryons de poulet visent à reproduire la forme du bec des différents embryons de pinson de Darwin chez le poulet. Une imitation réussie après manipulation avec un gène particulier confirmera son rôle dans la morphogenèse du bec», explique la Dre Dobreva.

Des résultats significatifs

Finch Evo-Devo a optimisé avec succès le nouveau protocole pour une utilisation future et le transcriptome a été séquencé pour les trois groupes de pinsons de Darwin.

Les différences d’expression entre les espèces et la connaissance des réseaux de gènes ont permis de commencer à élucider la régulation complexe de la formation de la courbure du bec. À ce jour, l’équipe a validé certains des meilleurs gènes candidats par hybridation in situ – un test qui permet de détecter l’emplacement exact de l’expression génique dans des sections d’embryons de pinson de Darwin.

Une visite de terrain très réussie dans les îles Galápagos a permis d’obtenir suffisamment d’échantillons d’embryons pour mener à bien les travaux du projet. La Dre Dobreva a représenté l’équipe lors de conférences internationales et nationales, a formé des étudiants et dirigé une équipe de terrain. Bientôt, elle travaillera à la publication des résultats du projet Finch Evo-Devo.

De futurs projets de recherche pour Finch Evo-Devo et leur application

Les prochaines étapes consisteront à compléter la validation des gènes et des réseaux identifiés. Un financement de suivi est requis et à ce jour, malheureusement, les progrès de la recherche sont stoppés par manque de moyens.

En résumé, le Dr Abzhanov conclut: «après une publication dans une revue scientifique à fort impact, l’équipe se concentrera davantage à la sensibilisation.» Les résultats de la recherche de Finch Evo-Devo promettent d’avoir des applications significatives dans le domaine de la génétique du développement et pas uniquement pour les pinsons.

Le nouveau protocole conçu est au cœur même de la génétique du développement et pourrait constituer la base d’études sur le développement d’autres organismes. «En tant que tel, le financement de la recherche fondamentale est aussi important que celui de la recherche appliquée», note le Dr Abzhanov.

Mots-clés

Finch Evo-Devo, développement, embryon, pinson de Darwin, forme du bec, transcriptome