CRISPR-Cas9 pour modifier la couleur et la structure des ailes de papillon

Les chercheurs ont utilisé la technologie CRISPR-Cas9 pour modifier les couleurs des ailes de papillon. Ils rapportent également que cela entraine la modification de la structure de l’aile par la même occasion.


Cette photographie montre la forme sauvage du papillon africain Bicyclus anynana (à gauche) et avec des mutations dans la voie de la mélanine, en particulier dans le gène jaune (à droite) - Crédit : William H. Piel and Antónia Monteiro
Cette photographie montre la forme sauvage du papillon africain Bicyclus anynana (à gauche) et avec des mutations dans la voie de la mélanine, en particulier dans le gène jaune (à droite) - Crédit : William H. Piel and Antónia Monteiro

Les pigments et la structure fine des écailles des ailes de papillons fonctionnent ensemble pour générer une mosaïque de couleurs et de motifs qui aident l’insecte à se camoufler ou à attirer les partenaires. Dans la revue Cell Reports, des chercheurs montrent comment quelques gènes pigmentaires peuvent modifier à la fois la couleur et la morphologie des écailles des ailes. Les chercheurs ont utilisé CRISPR-Cas9 pour modifier les couleurs des ailes du papillon brun de l’Afrique de l’Est, Bicyclus anynana, et constaté qu’il en résultait des changements dans la structure et la rigidité de la surface ainsi que dans la couleur. Les résultats montrent comment les gènes de la pigmentation ont un double rôle dans la formation des écailles des ailes.1

Quelques gènes contrôlent la couleur et la structure des écailles

Notre recherche indique que la couleur et la structure des écailles des ailes sont intimement liées, car les molécules pigmentaires affectent également la structure des écailles selon Antónia Monteiro, biologiste à la Faculté des sciences de l’Université nationale de Singapour et au Yale-NUS College de Singapour. Certains produits finaux de la voie de la mélanine, qui produit des pigments d’aile de papillon, jouent un rôle à la fois dans la pigmentation et la morphologie de l’écaille.

Ce visuel montre les résultats de l 'étude, qui découvrent que les délétions des gènes de la mélanine jaune et de la DDC modifient à la fois la couleur et la morphologie des écailles des ailes de Bicyclus anynana - Crédit : Matsuoka & Monteiro/ Cell Reports

Ce visuel montre les résultats de l ‘étude, qui découvrent que les délétions des gènes de la mélanine jaune et de la DDC modifient à la fois la couleur et la morphologie des écailles des ailes de Bicyclus anynana – Crédit : Matsuoka & Monteiro/ Cell Reports

Le chercheur postdoctoral Yuji Matsuoka a désactivé artificiellement 5 gènes pigmentaires de B. anynana en utilisant CRISPR-Cas9 pour mieux comprendre comment chacun contribuait à la couleur de l’aile du papillon. Étonnamment, les mutations ont également modifié les détails de la structure de l’écaille des ailes. Quand une mutation empêchait la formation du pigment dopa-mélanine, une feuille supplémentaire de chitine, une composante fibreuse de l’exosquelette, se formait horizontalement sur la surface supérieure de l’écaille alaire. Et lorsqu’une mutation différente a bloqué le pigment dopamine-mélanine, des lames verticales de chitine sont apparues.

La modification de la couleur associée à la structure de l’écaille

Certains papillons peuvent avoir des teintes vives simplement en ayant de simples couches minces de chitine sur leurs écailles qui interfèrent avec la lumière entrante pour créer des nuances connues sous le nom de couleurs structurelles sans produire les pigments correspondants selon Monteiro. Les faisceaux lumineux qui se réfléchissent sur les surfaces supérieures et inférieures de la couche de chitine peuvent interférer les uns avec les autres et accentuer les couleurs spécifiques en fonction de l’épaisseur du film, de sorte que nos résultats pourraient être intéressants dans ce contexte.

Les couleurs et les motifs des ailes sont essentiels pour que les papillons se cachent des prédateurs et attirent des partenaires potentiels. Si les mutations introduites en laboratoire se produisent naturellement, alors elles pourraient compromettre la survie et la reproduction des insectes. La couleur des papillons a toujours été décrite comme pigmentaire ou structurelle, mais notre travail identifie les premiers gènes candidats qui peuvent contraindre l’évolution de ces deux formes qui sont génératrices de couleurs selon Monteiro.

La morphologie des écailles des ailes est très divergente, mais on commence à peine à étudier les mécanismes génétiques et moléculaires qui sous-tendent le développement des écailles papillaires et les mélanines sont l’une des multiples molécules susceptibles de jouer un rôle dans ce processus selon Matsuoka. D’autres études utilisant d’autres espèces de papillons et d’autres composants cuticulaires nous aideront à mieux comprendre l’évolution et le développement des écailles des ailes.

Sources

1.
Melanin pathway genes regulate color and morphology of butterfly wing scales. Cell Reports. 10.1016/j.celrep.2018.05.092″ target=”_blank” rel=”noopener noreferrer”>http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2018.05.092. Published July 3, 2018. Accessed July 3, 2018.
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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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