Des scientifiques de l'Université de Floride ont déterminé la cause génétique de l'absence de pattes chez les serpents

Il y a 150 millions d'années, les ancêtres des serpents modernes se sont déplacés, utilisant activement des membres. Après plusieurs dizaines de millions d'années, les membres des serpents ont disparu. Jusqu'à présent, la cause de cette perte n'est pas claire, bien que les scientifiques aient tenté de trouver la réponse à la question "où les pattes des serpents ont-elles disparu?" depuis de nombreuses années. Dans les années 90 du siècle dernier, une équipe de scientifiques de l'Université de Floride a décidé de s'attaquer à ce problème.

Le 21 octobre, les scientifiques ont publié les résultats de leurs travaux. Il s'est avéré que la perte de patte est une mutation associée à un changement dans un gène amplificateur spécifique (un gène modificateur qui améliore la manifestation phénotypique d'un autre gène). Dans le cas des serpents, un gène a subi des modifications qui contrôlent l'activité d'autres gènes responsables de la formation des membres.

«Il est très intéressant de savoir que certains changements dans le génome affectent l'extinction des membres», explique l'un des participants à l'étude.

La découverte a été faite par Martin Cohn, professeur de génétique moléculaire et de microbiologie, et l'étudiante diplômée Francisca Leal. Les scientifiques ont étudié le travail des gènes dans un embryon de python en développement et ont également comparé le génome des serpents et des lézards. Fait intéressant, les cobras et les vipères n'ont pas de membres du tout, tandis que les pythons et les boas ont des vestiges de pattes.


Ces excroissances sont tout ce qui reste des pattes du python.

En 1999, Cohn et ses collègues ont réalisé qu'un certain nombre d'ensembles de gènes de serpent fonctionnent un peu différemment des autres reptiles. L'utilisation de méthodes spécifiques de travail avec l'ADN de reptile a conduit à la croissance d'embryons de serpents. Malheureusement, il y a 17 ans, les scientifiques n'avaient pas eu l'occasion d'étudier l'ADN des êtres vivants, ce que les experts ont maintenant. Néanmoins, en 2003, les scientifiques ont pu comprendre que l'activité de l'un des sites ADN joue un rôle important dans la formation des membres des lézards. Les serpents ont également cette zone. Les spécialistes ont continué d'étudier les caractéristiques des travaux de ce site ADN et, au fil du temps, ont reçu une quantité assez importante de données sur les caractéristiques de ses travaux.


Il s'est avéré que la mutation du gène amplificateur, qui a entraîné la perte de pattes par les serpents, n'en est pas une - il y en a trois à la fois. L'effet de ces mutations est cumulatif; elles ont supprimé une section du gène d'amplification appelée Sonic hedgehog (supersonic hedgehog). Ce site est connu comme le site de liaison du facteur transcriptionnel. L'amplificateur est responsable de l'allumage du hérisson Sonic, qui à son tour est responsable de la formation des membres. L'effet cumulatif des trois mutations conduit au fait que cette section ne s'allume pas du tout (pour les cobras et les vipères), ou s'allume pendant une très courte période, après quoi elle s'éteint définitivement.

Il s'est avéré que le génome du python et des boas a tout un ensemble d'instructions pour former des pattes. Mais, puisque pendant le développement de l'embryon la partie du génome, qui est responsable du développement des membres, ne fonctionne presque pas, seuls les rudiments de patte se forment dans les boas et les pythons.

D'autres gènes boa et amplificateurs de python restent dans l'ADN, y compris ceux qui sont responsables de l'activation du gène Hoxd13, par lequel le développement des membres se produit. Aux premiers stades de développement, l'embryon de python possède des sources cellulaires du squelette complet des pattes, y compris les os des doigts. Au moment de la sortie de l'œuf chez les jeunes pythons de tout cela, il ne reste que de petits vestiges du fémur, et rien de plus.

«Les résultats de nos recherches montrent que la formation de membres dans un python va beaucoup plus loin que nous ne le pensions jusqu'à présent. Pour que l'embryon ait des pattes, le génome du python a tout ce dont vous avez besoin. Mais le processus de formation du squelette ne s'arrête tout simplement pas », a déclaré Cohn.

Une deuxième équipe de scientifiques, dirigée par Axel Wiesel du Lawrence National Laboratory de Berkeley, en Californie, a décidé de vérifier ce qui se passerait si l'activateur de gène de souris mentionné ci-dessus était remplacé par un gène de serpent similaire. Pour cela, une technique d'édition du génome connue sous le nom de CRISPR-cas9 a été utilisée. Afin de vérifier l'effet du gène améliorant le serpent, les poissons et les amplificateurs humains ont été transplantés chez la souris.

Il s'est avéré que, dans les deux derniers cas, les membres des souris se sont formés normalement. Mais lors de l'utilisation du gène activateur de serpent au lieu de membres normaux, seuls les tubercules se sont formés dans les embryons de souris. Après que les scientifiques ont inséré les fragments d'ADN manquants dans l'amplificateur, les membres des souris ont commencé à se former normalement.

Il y a 20 ans, les paléontologues ont découvert les restes fossilisés des ancêtres des serpents modernes qui avaient des membres. Certains chercheurs ont décidé que la perte de pattes par des serpents s'était produite plus tard qu'on ne le pensait. Dans le même temps, d'autres experts ont déclaré que certaines espèces (impasses) des ancêtres des serpents ont simplement évolué, ayant récupéré leurs pattes. Les résultats des recherches des scientifiques modernes montrent que le deuxième groupe de scientifiques a probablement raison.

Pour autant que l'on puisse en juger, selon les experts, le mécanisme évolutif est non seulement puissant, mais aussi flexible. Il permet à certaines créatures de se développer une fois les organes et les fonctions du corps perdus.

Source: https://habr.com/ru/post/fr398555/