Une étude identifie une protéine impliquée dans la production et la perception des phéromones sexuelles

Les mouches utilisent des phéromones pour s’assurer qu’elles courtisent et s’accouplent avec des membres de la même espèce. Alors que de nouvelles espèces de mouches se séparent d’un ancêtre commun, mais continuent de partager le même environnement, elles ont besoin d’un moyen de diversifier rapidement leurs phéromones pour supprimer l’accouplement inter-espèces. Lorsque les membres de deux espèces apparentées cessent de se trouver attrayants, cela aide à prévenir les croisements.

Mais c’est plus compliqué que “elle m’aime, elle ne m’aime pas.“

Étant donné que la perception et la production de phéromones sont médiées par différents tissus et voies cellulaires, l’évolution de nouvelles phéromones d’accouplement nécessite une évolution coordonnée des gènes responsables de la détection des phéromones ainsi que des gènes qui les produisent.

Une nouvelle étude en iScience dirigé par Yehuda Ben-Shahar à l’Université de Washington à St. Louis identifie un lien entre les instructions génétiques pour la production et la perception des phéromones sexuelles. La recherche a été menée en collaboration avec Jocelyn Millar de l’Université de Californie, Riverside.

Les chercheurs ont rapporté qu’une seule protéine appelée Gr8a est exprimée dans différents organes chez les mouches mâles et femelles et semble jouer un rôle inhibiteur dans la prise de décision d’accouplement. Les résultats indiquent l’une des façons dont les mouches pourraient ériger des barrières comportementales pour se protéger contre l’accouplement avec le mauvais type de partenaire.

“Les phéromones d’accouplement montrent souvent une évolution rapide”, a déclaré Ben-Shahar, professeur de biologie aux arts et sciences. “Parce que la communication phéromonale nécessite une reconnaissance structurelle très robuste et spécifique des produits chimiques utilisés comme phéromones par les protéines qui les lient dans les neurones sensoriels (chimiorécepteurs), cela signifie que des changements moléculaires majeurs dans le récepteur ou la phéromone réduiraient l’attirance sexuelle entre les hommes et femelles.”

Ben-Shahar et son équipe ont découvert que Gr8a était exprimé dans les tissus des pièces buccales des mouches, y compris la trompe, ainsi que dans les neurones gustatifs des pattes antérieures des mâles et des femelles. Ils ont également trouvé Gr8a dans les cellules de l’abdomen des mâles. C’était important car cela a fourni à Ben-Shahar et à son équipe le premier indice qu’un gène qui avait été précédemment identifié comme un chimiorécepteur sensoriel devait également avoir des fonctions non neuronales.

“Nos résultats fournissent une explication moléculaire relativement simple de la façon dont la production et la perception du signal sont liées chez les mouches à vinaigre”, a déclaré Ben-Shahar. “Une seule protéine pléiotrope peut fonctionner à la fois comme récepteur des phéromones dans les neurones sensoriels et contribuer à leur production dans les cellules productrices de phéromones (œnocytes) des mâles, par le biais d’un processus moins compris.”

Dans l’une des expériences menées par Ben-Shahar et son équipe, les scientifiques ont pris des mouches mutantes pour le récepteur Gr8a et les ont reconstituées en utilisant les apports d’une autre espèce de mouche du vinaigre. Cette expérience a montré que l’introduction de Gr8a d’une autre espèce était suffisante pour modifier le profil global de phéromones de l’animal.

Les scientifiques n’ont toujours pas identifié exactement comment le chimiorécepteur affecte la façon dont le signal est produit, mais ils savent qu’il provoque des différences quantitatives et qualitatives dans les phéromones. Et même de petits changements dans les phéromones pourraient suffire à empêcher les mouches étroitement apparentées de se trouver attirantes – et à modifier leurs comportements de choix de partenaire.

La question de savoir comment des espèces étroitement apparentées évoluent et maintiennent des barrières d’accouplement comportementales est une question qui a des implications pour plusieurs domaines de recherche biologique fondamentale et appliquée différents.

“Sur la base de ce que nous avons observé, des mutations dans un seul gène pourraient fournir une voie moléculaire permettant à un système de communication phéromonale d’évoluer tout en maintenant le couplage fonctionnel entre une phéromone et son récepteur”, a déclaré Ben-Shahar. “Notre recherche révèle une voie potentielle pour que les systèmes de phéromones évoluent rapidement lorsque de nouvelles espèces apparaissent.”

Ce travail a été soutenu par les subventions de la National Science Foundation 1322783, 1754264 et 1707221, et la subvention NS089834 des National Institutes of Health (NIH).