La modification spécifique de l’expression des gènes fait que les plumes remplacent les écailles chez le poulet

La peau des vertébrés terrestres est ornée de divers appendices kératinisés, tels que des cheveux, des plumes et des écailles. Malgré la diversité des formes au sein et entre les espèces, le développement embryonnaire des appendices cutanés commence généralement de manière très similaire. En effet, toutes ces structures se développent à partir de cellules qui produisent un épaississement localisé à la surface de la peau et expriment des gènes particuliers. L’un de ces gènes, appelé Sonic hedgehog (Chut), contrôle une voie de signalisation – un système de communication qui permet la transmission de messages à l’intérieur et entre les cellules. La signalisation Shh est impliquée dans le développement de diverses structures, notamment le tube neural, les bourgeons des membres et les appendices cutanés.

Un ancêtre commun

Le laboratoire de Michel Milinkovitch, professeur au Département de génétique et évolution de la Faculté des sciences de l’UNIGE, s’intéresse aux processus physiques et biologiques qui génèrent la diversité des phanères chez les vertébrés. En particulier, son groupe a précédemment démontré que les cheveux, les plumes et les écailles sont des structures homologues héritées d’un ancêtre commun reptilien.

Les plumes de l’embryon de poulet sont utilisées par les scientifiques comme système modèle pour comprendre le développement des appendices cutanés. Bien que l’on sache que certaines races de poulets, telles que les variétés «Brahma» et «Sablepoot», présentent des pattes à plumes et des surfaces dorsales du pied, le déterminisme génétique de ce trait n’est pas entièrement compris.

Une modification passagère pour un changement permanent

Les voies de signalisation responsables de cette transformation n’étant pas totalement déterminées, le groupe de Michel Milinkovitch s’est penché sur le rôle potentiel de la voie Shh. « Nous avons utilisé la technique classique du « mirage d’œufs », dans laquelle une torche puissante illumine les vaisseaux sanguins à l’intérieur de la coquille de l’œuf. Cela nous a permis de traiter précisément les embryons de poulet avec une molécule qui active spécifiquement la voie Shh, injectée directement dans la circulation sanguine. ”, explique Rory Cooper, chercheur post-doctoral dans le laboratoire de Michel Milinkovitch et co-auteur de l’étude.

Les deux scientifiques ont observé que ce traitement spécifique à une seule étape suffit à déclencher la formation d’abondantes plumes juvéniles de type duvet, dans des zones qui seraient normalement couvertes d’écailles. Remarquablement, ces plumes induites expérimentalement sont comparables à celles recouvrant le reste du corps, car elles sont régénératrices et sont ensuite remplacées de manière autonome par des plumes adultes.

Après comparaison avec des embryons injectés avec une solution « témoin » (sans la molécule active), l’analyse par séquençage de l’ARN a montré que la voie Shh est activée de manière immédiate et persistante après l’injection de la molécule. Cela confirme que l’activation de la voie Shh sous-tend la conversion des écailles en plumes.

“Nos résultats indiquent qu’un saut évolutif – des écailles aux plumes – ne nécessite pas de grands changements dans la composition ou l’expression du génome. Au lieu de cela, un changement transitoire dans l’expression d’un gène, Chut, peut produire une cascade d’événements de développement conduisant à la formation de plumes au lieu d’écailles », explique Michel Milinkovitch. Ces recherches, initialement axées sur l’étude du développement des écailles et des plumes, ont donc des implications importantes pour la compréhension des mécanismes évolutifs à l’origine de l’énorme diversité des formes animales observées dans la nature.