Gènes sauteurs, aka Les transposons ne sont peut-être pas familiers à la plupart d’entre nous, mais ils figurent dans deux études récentes portant sur des créatures marines prisées par les plongeurs – les poulpes et les dragons de mer – et pourraient expliquer certains des mystères entourant ces créatures.
Un transposon est une séquence d'ADN qui a la capacité de se déplacer dans un génome, l'ensemble des instructions d'ADN trouvées dans une cellule. Les transposons peuvent se mélanger ou se dupliquer, à l'aide de mécanismes moléculaires de copier-coller ou même de couper-coller, et peuvent provoquer des changements génétiques rapides lorsqu'ils s'insèrent au milieu ou à proximité d'un gène, empêchant ce gène de fonctionner normalement.
Les transposons représentent 45 % du génome du cerveau humain, mais ils ont été découverts pour la première fois dans le cerveau d'un invertébré, le poulpe – et cela pourrait bien expliquer son haut niveau d’intelligence.
L'étude a été réalisée par une équipe internationale de 20 chercheurs coordonnés par Remo Sanges de la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) à Trieste et Graziano Fiorito de la Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZAD) à Naples.
Le cerveau « extrêmement complexe » et les capacités cognitives des poulpes sont uniques parmi les invertébrés, affirment les scientifiques, et ils estiment que les gènes sauteurs sont la clé de cette complexité semblable à celle des vertébrés après les avoir découverts dans le cerveau des deux espèces communes. poulpe (Octopus vulgaris) et californien poulpe (Octopus bimaculoides).
Comme chez les humains, certains transposons sont inactifs parce qu’ils ont accumulé des mutations au fil du temps tandis que d’autres, bien qu’intacts, sont bloqués par les mécanismes de défense cellulaire – même si même des fragments et des copies brisées de transposons peuvent fournir la matière première pour l’évolution, affirment les chercheurs.
Les transposons les plus pertinents, connus sous le nom d'éléments nucléaires longs intercalés (LINE), restent potentiellement actifs. Auparavant considérée comme n'étant que des vestiges d'un passé lointain, des recherches récentes ont révélé que l'activité LINE est finement régulée dans le cerveau, en particulier dans la région de l'hippocampe, et pourrait être associée à des capacités cognitives telles que l'apprentissage et la mémoire.
Le génome du poulpe est riche en transposons. La plupart sont inactifs, mais en utilisant les dernières techniques de séquençage pour se concentrer sur ceux encore capables de copier-coller, les chercheurs ont identifié un élément de la famille LINE dans des parties du cerveau du poulpe cruciales pour les capacités cognitives.
« J’ai littéralement sauté sur la chaise quand, au microscope, j’ai vu un signal très fort d’activité de cet élément dans le lobe vertical, la structure du cerveau qui chez la pieuvre est le siège de l’apprentissage et des capacités cognitives – tout comme le hippocampe chez l'homme », a déclaré Giovanna Ponte du SZAD.
"La découverte d'un élément de la famille LINE actif dans le cerveau des deux espèces de poulpes est très significative, car elle conforte l'idée selon laquelle ces éléments ont une fonction spécifique qui va au-delà du copier-coller", a déclaré Sanges. L'étude est publiée dans Biologie BMC.
L'apparence du dragon de mer
Dans le cas des dragons de mer, que l'on trouve à l'état sauvage uniquement en Australie, les transposons pourraient expliquer cet aspect distinctif si prisé par les photographes sous-marins, selon des scientifiques de l'Université de l'Oregon.
En séquençant les génomes des variétés adventices et feuillues du dragon de mer, les scientifiques ont découvert qu'il manquait un groupe clé de gènes qui, chez d'autres vertébrés, dirigent le développement du visage, des dents, des appendices et de certaines parties du système nerveux.
"Les Seadragons sont des poissons bizarres dans un groupe de poissons déjà bizarres", a observé le professeur Clay Small, assistant de recherche, en faisant référence à leurs proches parents dans le monde. Syngnathidés famille, hippocampes et syngnathes.
"On s'intéresse beaucoup à la malléabilité à l'évolution de choses comme la tête et le visage", a déclaré Susie Bassham, associée de recherche principale, qui a codirigé l'étude avec Small. "Et les dragons marins peuvent constituer de bonnes études de cas pour ce genre de questions en raison des différences extrêmes dans lesquelles ils ont évolué assez rapidement." Avec les hippocampes et les syngnathes, ils se sont diversifiés il y a environ 50 millions d'années, a-t-elle déclaré, "ce qui est relativement récent selon les normes de l'évolution".
Obtenant un accès rare à des échantillons de tissus via le Birch Aquarium de Scripps Research et le Tennessee Aquarium, les chercheurs ont analysé les séquences génétiques des dragons de mer et celles des hippocampes et des syngnathes. Comparés aux poissons osseux comme le poisson zèbre et les épinoches, tous les Syngnathidés Il leur manquait les gènes qui guident le développement mais, contrairement à leurs parents, les dragons de mer contenaient également des quantités de transposons plus élevées que d'habitude.
Un microscope à rayons X spécialisé a été utilisé pour capturer une image 3D haute résolution d'un dragon de mer herbeux de 30 cm (Phyllopteryx taeniolatus). Il a été numérisé en sections, les images étant assemblées pour former une image complète révélant les moindres détails des os du dragon marin.
"Personne n'avait jamais imaginé une partie d'un dragon marin de cette manière auparavant", a déclaré Bassham. "Nous avons pu voir que les structures de support des palettes feuillues semblaient être des élaborations d'épines, puis les appendices charnus étaient ajoutés aux extrémités." Elle a déclaré que cela renforçait l’idée selon laquelle ce qui semblait être des appendices ornementaux évoluait à partir d’épines.
L’équipe espère que rendre publiques les séquences du génome des dragons de mer aidera à comprendre comment ces étranges créatures ont évolué, ainsi qu’aux efforts visant à les conserver. Leur étude est publiée dans Actes des académies nationales des sciences.
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