Le changement génétique rend les yeux des abeilles mâles grands et des abeilles femelles petits

Les différences entre mâles et femelles sont très courantes dans les organismes animaux. Elles ne se limitent pas uniquement à la différenciation morphologique — c’est-à-dire aux différences de forme et de structure des animaux — mais affectent également la physiologie et le comportement. Cela vaut aussi bien pour les invertébrés que pour les vertébrés. Ce «dimorphisme sexuel» contribue à la diversité biologique des organismes, avec des exemples tels que le plumage et la queue colorés des paons mâles ou la coloration des papillons.

Cependant, nos connaissances sur les mécanismes développementaux et évolutifs régissant ce dimorphisme sont encore limitées. Un gène régulateur du développement, le « gène dsx », a été identifié dans des organismes modèles génétiques. Mais ce gène seul ne peut pas spécifier le dimorphisme sexuel chez d’autres organismes. De plus, on ne savait pas comment une fonction de développement spécifique au sexe a émergé au cours de l’évolution, l’avantage dans un sexe générant un désavantage dans l’autre sexe.

Le domaine de spécialisation du groupe de travail dirigé par le professeur Martin Beye de l’Institut de génétique évolutive de l’HHU est l’abeille domestique (Apis mellifera), qui présente un dimorphisme prononcé aux yeux des mâles et des femelles : les mâles ont des yeux composés extrêmement grands, ce qui leur permet pour localiser la reine lors des vols d’accouplement. Les femelles ont de petits yeux composés, qui sont cependant suffisants pour s’orienter et trouver des fleurs.

En collaboration avec des collègues de l’Université de Wageningen aux Pays-Bas, le professeur Beye et son équipe ont examiné l’ensemble du génome de l’abeille à la recherche d’éventuels gènes régulateurs du développement spécifiques au sexe et ont identifié ce qu’ils ont appelé le “gène glubschauge.”

Ce gène régule la morphologie oculaire spécifique au sexe. Les chercheurs ont procédé comme suit : en utilisant la méthode CRISPR/Cas9, ils ont désactivé le gène chez les femelles, ce qui a permis aux animaux de développer la forme oculaire des mâles de l’espèce. À l’inverse, ils ont ajouté le gène aux mâles, ce qui leur a permis de développer des yeux comme les femelles. Ce faisant, ils ont identifié un nouveau gène du développement apparu au cours de l’évolution, également appelé « facteur de transcription ».

Professeur Beye : “Nos résultats indiquent comment la diversité des caractères sexuels secondaires peut être régulée au cours du développement. Nous avons pu démontrer le principe suivant : utiliser un programme d’instruction génétique distinct pour chaque caractéristique. Il n’y a pas d’instruction générale pour l’organisme dans son ensemble. chez les abeilles.”

Les chercheurs se sont également intéressés à l’histoire évolutive du “gène glubschauge“: Comment ce gène en est-il venu à avoir sa fonction de détermination du sexe? Professeur Beye: “Nos découvertes résolvent un mystère de longue date en biologie évolutive. Aucune preuve n’a été trouvée à ce jour de cas où l’effet positif dans l’évolution d’une caractéristique sexuelle n’entraîne pas un désavantage pour l’autre sexe. Nous sommes maintenant en mesure de montrer comment cela peut fonctionner.”

À l’aide d’analyses de séquences évolutives, l’équipe de recherche a établi que cette fonction spécifique au sexe n’est apparue qu’au cours de l’évolution des hyménoptères. Ils ont découvert que l’expression spécifique au sexe a évolué en premier, tandis que la fonction de développement est apparue par la suite. Beye : “La régulation initiale spécifique au sexe limite le changement développemental ultérieur à un seul sexe. Nous avons donc démontré une voie moléculaire par laquelle le dimorphisme sexuel peut provenir de l’évolution.”