Origine et evolution des appendices epitheliaux chez les vertebres: une perspective interdisciplinaire – EvoDevOdonto

L’ambition ultime de la biologie évolutive du développement (evo-devo) est de créer une théorie mécaniste qui lierait les processus de développement individuel avec l’évolution phénotypique. Certaines des questions typiques de l’evo-devo sont: A quel point les changements génétiques et phénotypiques sont-ils congruents? Comment les changements environnementaux influencent-ils l’évolution phénotypique?
Afin de répondre à ces questions, nous nous concentrons ici sur les appendices épithéliaux minéralisés des vertébrés. Ce sont des modèles idéaux pour les études d’evo-devo parce que leur évolution est rapide, ils ont un bon enregistrement fossile et leur développement est relativement simple et au moins partiellement préservé dans l’enregistrement fossile. Nous voulons étudier en particulier l’origine et l’évolution des éléments masticatoires d’un groupe de vertébrés sans mâchoire: les conodontes.
Les conodontes sont apparus il y a 500 Ma, près de l’embranchement entre les cyclostomes et les gnathostomes et leur enregistrement fossile abondant permet leur étude au niveau des populations. Par contre, parce que les conodontes se sont éteints il y a 200 Ma, des études au niveau génétique ne sont pas possibles directement. Pour contourner ce problème, nous pouvons : faire des inférences phylogénétiques au sujet de leur toolkit génétique (1), et développer des modèles génériques de leur mapping génotype-phénotype (2).
Ainsi, nous voulons d’abord explorer l’origine du toolkit odonto-génétique, c.à.d. quand et comment le toolkit nécessaire a l’apparition du premier squelette vertébré a évolué. Pour ce faire, nous voulons réaliser des études de génomique comparative sur des céphalocordés, des tuniciers, des cyclostomes (lamproies) et des poissons (Tâche 1) et analyser ces études en regard de l’enregistrement fossile. Combiné à des modèles informatiques exploratoires du développement des éléments masticatoires des conodontes, ceci nous permettra d’évaluer la validité de notre hypothèse selon laquelle les conodontes utilisaient un toolkit génétique très similaire pour la production de leurs éléments minéralisés (aussi Tâche 2).
En développant des modèles du développement de ces éléments qui incluent un mapping simplifié mais réaliste de la relation entre le génotype et le phénotype (Tâche 2b) et en comparant les résultats des modèles avec les patrons de variation (en particulier les patrons d’intégration phénotypique) observés au sein de populations sur un axe spatio-temporel (Tâches 2a, 3), nous serons en mesure d’explorer in silico l’évolution probable du génotype des conodontes.
Nous explorerons aussi la relation entre l’évolution morphologique des conodontes et celle des changements environnementaux a deux échelles différentes : pendant la période de 300 Ma d’existence des conodontes (Tâche 3a) et pendant la période de 5 Ma qui correspond à leur réponse unique et complexe a la perturbation environnementale la plus dramatique de l’histoire de la vie, l’extinction de masse de la fin du Permien (Tâche 3b).
Enfin, nous synthétiserons les résultats des tâches 2 et 3 et explorerons la relation entre les changements environnementaux et l’évolution du développement des conodontes (Tâche 4).