Evolution de nouveautés morphologiques: de l’émergence d’une nouvelle fonction régulatrice à la reconfiguration d’un réseau de genes. – Flyspot

La diversité du monde animal est particulièrement manifeste dans les variations de formes. Cette évolution des formes morphologiques est le fruit de forces complémentaires : d’une part des changements génétiques produisent des variations morphologiques, de d’autre part, des facteurs environnementaux exercent des pressions de sélection qui agissent sur le destin de ces variations. Notre compréhension des mécanismes génétiques qui sous-tendent l'évolution morphologique est encore très limitée. Les résultats de la génétique du développement ont établis que la formation des caractères morphologiques est orchestrée par des réseaux génétiques (GRNs) et que l'évolution morphologique résulte principalement de changements dans les interactions entre les composants de ces réseaux. Les éléments cis-régulateurs (CREs) sont des pièces essentielles de ces réseaux car ces séquences non-codantes qui gouvernent l’expression des gènes sont les points d’interactions entre les facteurs de transcription et leurs gènes cibles. Un modèle émergent prédit que les changements fonctionnels dans les séquences cis-régulatrices jouent un rôle prédominant dans l'évolution morphologique. Cependant, afin de donner une envergure évolutive complète à ces résultats développementaux, il est essentiel de caractériser deux aspects de l’évolution des réseaux de génétiques: 1) Comment les changements génétiques aboutissant à un nouveau phénotype sont-ils distribués au sein d’un GRN? 2) Comment émergent les nouvelles activités régulatoires? Ces deux points convergent vers la régulation des gènes. Dans la mesure où la régulation des gènes est au cœur de la majorité des processus biologiques (et que leur dérégulation peut conduire à des situations pathologiques), la compréhension de ces processus reste d’intérêt général et va bien au-delà de l’étude de la diversité animale.
Nous proposons d’aborder ces deux questions liées à l’évolution de la morphologie en étudiant l’évolution d’un caractère simple, une tâche de pigmentation spécifique des mâles présente au bout des ailes de certaines espèces de mouches. Nous avons précédemment établi que ce motif a évolué suite à des changements dans l’expression de plusieurs gènes de pigmentation et nous avons en particulier identifié un élément cis-régulateur responsable d’un nouveau profil d’expression. Ce projet explorera les changements à l'échelle du réseau, et non plus d’un seul gène, qui ont donné naissance à ce motif pigmentaire. Nos objectifs sont de :
i) disséquer la structure de l’élément que nous avons précédemment identifié
ii) déterminer les composants du GRN qui sous-tend la formation de la tâche, dont cet élément régulateur est l’un des nœuds
iii) décrire les interactions régulatoires entre ces composants ainsi que les changements d’interaction qui sont à l’origine de la tâche
En nous appuyant sur différentes approches (génétique, génomique, transgenèse) et sur différentes espèces de drosophiles, nous souhaitons identifier les composants du GRN contrôlant la tâche de l’aile (gènes régulateurs et CREs des gènes de pigmentation en aval). La dissection fine d’un CRE précédemment identifié nous permettra d’explorer dans quelle mesure la structure de cet élément influence sa fonction. Nous nous focaliserons notamment sur les changements qui ont abouti à de nouvelles interactions entre facteurs de transcription et CRE de gène de pigmentation.
Dans l’ensemble, en abordant le problème de l’évolution morphologique au niveau du réseau de gènes, avec une emphase particulière sur les changements régulatoires, nous espérons aboutir à une vision complète des changements à l’origine d’un caractère nouveau.