Les Serpents Avaient Des Jambes Et Des Bras… Jusqu'À Ce Que Ces Mutations Se Produisent

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Les mutations responsables de la perte des jambes et des bras chez les serpents sont maintenant connues, grâce aux résultats de deux études.

Les ancêtres des serpents slithery d'aujourd'hui portaient jadis des bras et des jambes à part entière, mais des mutations génétiques ont causé la perte des quatre membres de leur reptile il y a environ 150 millions d'années, selon deux nouvelles études.

Les résultats sont une bonne nouvelle pour les herpétologistes, qui se demandent depuis longtemps quels changements génétiques ont causé la perte des bras et des jambes des serpents, ont déclaré les chercheurs.

Les deux études ont montré que des mutations dans un segment d'ADN de serpent appelé ZRS (zone de séquence régulatrice de l'activité polarisante) étaient responsables du changement modifiant le membre. Mais les deux équipes de recherche ont utilisé différentes techniques pour arriver à leurs conclusions. [Galerie d'images: Les serpents du monde]

Selon une étude publiée aujourd'hui en ligne dans la revue Cell (20 octobre), les chercheurs ont découvert les anomalies ZRS du serpent après avoir prélevé plusieurs embryons de souris, retiré l'ADN de ZRS de la souris et remplacé celui-ci par la section ZRS de serpents.

L'échange a eu de graves conséquences pour les souris. Au lieu de développer des membres réguliers, les souris n'ont pratiquement pas développé de membres, ce qui indique que la ZRS est cruciale pour le développement des membres, ont déclaré les chercheurs.

"C'est l'un des nombreux composants des instructions ADN nécessaires à la fabrication de membres chez l'homme et, essentiellement, chez tous les autres vertébrés à pattes. Chez les serpents, c'est cassé", l'auteur principal de l'étude, Axel Visel, généticien au Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie, a déclaré dans un communiqué.

Localiser ZRS

Visel et ses collègues ont commencé à examiner le génome des serpents "précoces" qui se trouvaient plus près de la base de l'arbre généalogique du serpent - tels que le boa et le python - et qui présentaient des jambes rudimentaires ou de minuscules os enfouis dans leurs muscles. Les scientifiques ont également étudié les serpents "avancés", y compris la vipère et le cobra, qui ne présentent aucune structure de membre.

Au cours de leur enquête, les chercheurs ont étudié un gène appelé sonic hedgehog, qui joue un rôle clé dans le développement embryonnaire, y compris la formation des membres. Ils ont découvert que les régulateurs de Sonic Hedgehog, situés dans la séquence d'ADN de ZRS, avaient muté.

Cependant, les chercheurs avaient besoin de preuves que les mutations ZRS étaient responsables de la perte de membres. Pour le savoir, ils ont utilisé une technique d'édition de l'ADN appelée CRISPR (abréviation de "répétitions palindromiques courtes régulièrement intercalées") pour découper le segment ZRS dans des embryons de souris et le remplacer par la section ZRS d'autres animaux, y compris des serpents.

Lorsque les souris avaient l’ADN ZRS d’autres animaux, y compris des humains et des poissons, elles développaient des membres comme le ferait une souris ordinaire. Mais lorsque les chercheurs ont inséré le python et le cobra ZRS dans les souris, les membres de la souris se sont à peine développés, ont découvert les chercheurs.

Durant le développement normal, les souris forment des bras et des jambes pleins (en haut). Mais lorsque des embryons de souris reçoivent un extrait d'ADN d'un cobra (moyen) et d'un python (inférieur) contrôlant le développement des membres, la croissance de leurs bras et de leurs jambes est sévèrement limitée.

Durant le développement normal, les souris forment des bras et des jambes pleins (en haut). Mais lorsque des embryons de souris reçoivent un extrait d'ADN d'un cobra (moyen) et d'un python (inférieur) contrôlant le développement des membres, la croissance de leurs bras et de leurs jambes est sévèrement limitée.

Crédit: Kvon et al. Cell 2016

Ensuite, les chercheurs ont examiné en détail la ZRS des serpents et ont découvert qu'une suppression de 17 paires de bases (c'est-à-dire des "lettres" d'ADN appariées) dans l'ADN des serpents semblait être la cause de la perte de membre. ils ont dit. Quand ils ont minutieusement «fixé» les mutations dans le serpent ZRS et les ont insérées dans des embryons de souris, les souris ont développé des jambes normales, ont-ils trouvé. [Photos: l'étrange serpent à 4 pattes était une créature de transition]

Cependant, les créatures ont généralement un ADN redondant qui protège contre de telles mutations. Il est donc probable que plusieurs événements évolutifs aient entraîné la perte de membres chez les serpents, a déclaré Visel.

"Il y a probablement une certaine redondance dans la souris ZRS", a-t-il déclaré. "Quelques-unes des autres mutations chez le serpent ZRS ont probablement également joué un rôle dans sa perte de fonction au cours de l'évolution."

Fémurs de serpent

Les serpents adultes n'ont pas de membres, mais les très jeunes embryons de serpents en ont, selon une autre étude, publiée en ligne aujourd'hui dans la revue Current Biology.

À l'instar des chercheurs de l'étude Cell, les scientifiques ont découvert que le ZRS du serpent avait des mutations invalidantes qui empêchaient le développement des membres. Cependant, ils ont également constaté que, pendant les 24 premières heures de leur existence, les embryons de python ont une "impulsion de transcription sonique pour hérisson [la première étape de l'expression génique] dans seulement quelques cellules de bourgeon de membre", a déclaré Martin Cohn, auteur principal de l'étude, professeur de génétique moléculaire et de microbiologie à la faculté de médecine de l'Université de Floride.

Mais cette transcription s’éteint un jour après la ponte de l’œuf, ce qui signifie que le serpent ne peut pas développer complètement les jambes, ont trouvé Cohn et sa co-auteure, Francisca Leal, une doctorante du laboratoire de Cohn.

"Python ZRS s’est avéré très inefficace, tournant brièvement la transcription dans quelques cellules", a déclaré Cohn.

Cependant, même pendant cette brève période, les embryons de python ont réussi à entamer le développement des os des jambes tels que le fémur, le tibia et le péroné, ont découvert les chercheurs. "[Mais] ces structures distales dégénèrent avant de se différencier complètement en cartilage, et les nouveau-nés en python se retrouvent avec juste un fémur rudimentaire et une griffe", a déclaré Cohn. Il a ajouté: "Les résultats nous disent que les pythons ont conservé beaucoup plus de pattes que nous ne le pensions, mais les structures sont transitoires et ne se trouvent qu'au stade embryonnaire".

Cohn a appelé l'étude Cell, "un tour de force" et "absolument passionnant".

"Les deux groupes ont adopté une approche très différente de la question de la perte de membres chez les serpents", a déclaré Cohn. "Le groupe d'Axel [Visel] a commencé par la génomique, puis par la biologie du développement, et les deux groupes ont convergé sur la même découverte."

Article original sur WordsSideKick.com.


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