Une étude a découvert la base génétique de la capacité de vol plané chez les mammifères, en particulier les marsupiaux, en identifiant des changements clés dans les amplificateurs d'ADN proches du gène Emx2, suggérant une stratégie évolutive commune pour développer les capacités de vol chez diverses espèces. Crédit : Joe MacDonald
Un gène crucial a été identifié qui clarifie l'émergence répétée de capacités de vol à voile tout au long de l'évolution des marsupiaux.
Les gens disent « Quand les cochons volent » pour décrire l’impossible. Mais même si la plupart des mammifères vivent sur terre, la capacité de planer ou de voler a évolué encore et encore au cours de l'évolution des mammifères. espèces allant des chauves-souris aux écureuils volants.
Comment est-ce arrivé? Dans une étude récemment publiée dans la revue Natureune équipe de chercheurs dirigée par université de Princeton et le Baylor College of Medicine explique la base génomique et développementale du patagium, la fine membrane cutanée qui permet à certaines espèces de mammifères de planer dans les airs.
« Nous ne comprenons pas vraiment comment les nouveaux traits et adaptations proviennent d'une perspective moléculaire et génétique. Nous voulions étudier comment une nouveauté évolutive apparaît », a déclaré le Dr Ricardo Mallarino, auteur co-correspondant, professeur adjoint de biologie moléculaire à Princeton.
Pour mieux comprendre l'évolution du patagium, l'équipe s'est concentrée sur les marsupiaux. En effet, la capacité de planer s'est développée à plusieurs reprises, en utilisant des changements anatomiques similaires, chez des marsupiaux étroitement apparentés comme le planeur à sucre – un minuscule marsupial suffisamment petit pour tenir dans votre poche et populaire comme animal de compagnie exotique.
Aperçus génétiques du vol à voile
L'équipe Baylor a dirigé le séquençage du génome de 15 espèces de marsupiaux, déterminant ADN séquences chez les espèces planantes et chez leurs parents non planeurs. La comparaison de ces séquences a révélé une évolution accélérée à proximité d’un gène appelé Emx2.
« Ce qui est intéressant, c'est que la séquence du gène lui-même ne semble pas être l'endroit où se produisent les changements les plus importants. Au lieu de cela, les changements clés concernent de courtes séquences d’ADN, appelées « amplificateurs », qui se trouvent à proximité du génome. Ce sont ces activateurs changeants qui modifient comment et où Emx2 est actif dans le corps, et qui conduisent l'évolution du vol à voile », a déclaré l'auteur co-correspondant, le Dr Erez Lieberman Aiden, professeur de génétique moléculaire et humaine et directeur du Center for Genome Architecture. à Baylor.
Mécanismes évolutifs et approches expérimentales
« Comprendre les changements sous-jacents qui se produisent au niveau génomique pour donner naissance à ces traits convergents est important car cela peut nous dire si l’évolution cible la voie de la moindre résistance. Vous pouvez obtenir le même résultat mais des chemins différents pour y arriver », a déclaré le co-premier auteur Jorge Moreno, étudiant diplômé du laboratoire de Mallarino.
Ensuite, les chercheurs ont voulu tester ces idées. Pour ce faire, ils ont utilisé l’une des caractéristiques les plus uniques des marsupiaux : leur poche. « Les bébés marsupiaux naissent à un stade de développement beaucoup plus précoce que les mammifères typiques », a déclaré le co-premier auteur, le Dr Olga Dudchenko, professeur adjoint de génétique moléculaire et humaine à Baylor et chercheur au Centre de physique biologique théorique de l'Université Rice. « Au lieu de poursuivre leur développement dans le ventre de leur mère, ils se glissent dans sa pochette et y restent jusqu'à ce qu'ils soient prêts à affronter le monde de manière indépendante. Le fait qu’ils se trouvent directement dans la pochette facilite grandement l’étude de la manière dont des gènes individuels, comme Emx2, affectent le développement du marsupial.
Les chercheurs ont montré qu'Emx2 donne naissance au marsupial patagium en utilisant un programme génétique qui existe probablement chez tous les mammifères. Par exemple, Emx2 est actif dans la peau des côtés des souris et des planeurs à sucre, mais chez les planeurs à sucre, il est exprimé beaucoup plus longtemps. Comme le note Dudchenko, également au Centre d'architecture du génome de Baylor : « En modifiant ces amplificateurs Emx2 essentiels, une espèce après l'autre a exploité ce programme universel afin de développer la capacité de planer. »
Une nouvelle encourageante pour les porcs qui espèrent prendre leur envol.
Ce travail a été soutenu par le Instituts nationaux de la santé (R35GM133758, UM1HG009375, RM1HG011016-01A1, F32 GM139240-01, T32GM007388, R01-AR079150) ; le programme de bourses Searle ; la Fondation Sloan et le programme Vallee Scholars ; la Fondation Welch (Q-1866), la Fondation binationale scientifique américano-israélienne (2019276) ; la National Science Foundation (DGE-2039656, NSF DBI-2021795, NSF PHY-2210291) ; la Fondation LEO (LF-AW-RAM-19-400008, LF-OC-20-000611) ; et la Fondation WM Keck (WMKF-5634988).
