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La couleur des ailes de papillons déterminée par un seul gène !

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Les ailes de papillons sont un très bon modèle pour l'étude des mécanismes évolutifs. Ici, ce sont les espèces du genre Heliconius qui ont été étudiées. La coloration de leurs ailes serait sous la responsabilité d'un seul gène, selon une étude récente publiée dans Science.

La couleur des ailes des espèces de papillons du genre Heliconius est dictée par l'expression d'un seul gène. © Wildcat Dunny, Flickr, CC by 2.0

Entre les papillons et l'évolution, c'est une longue histoire d'amour. Qui n'a pas eu un cours de sciences de la vie reprenant l'exemple de ces papillons britanniques - les phalènes du bouleau - qui ont développé une couleur d'ailes similaire à la teinte noirâtre prise par les troncs des bouleaux à cause de la pollution de la révolution industrielle ?

Les papillons sont d'ailleurs des champions du mimétisme. Peut-être pas autant que les phasmes, les raies ou les seiches mais tout de même. Les motifs qu'ils arborent sur leurs ailes font parfois penser à des insectes non comestibles ou à des feuilles, désintéressant ainsi les prédateurs potentiels.

Un papillon, Gastropacha quercifolia, mimant une feuille morte. © Entomart

Convergence évolutive

Les espèces du genre Heliconius sont notamment reconnues pour leur mimétisme mullérien. Cette technique consiste, pour une espèce nocive (pour celui qui la mangerait), à adopter les mêmes caractéristiques physiques qu'une autre espèce, également nocive. D'un point de vue évolutif, tout le monde y gagne : les deux espèces mimétiques, qui doublent les avertissements, et les prédateurs qui ne se feront pas duper deux fois.

Ce phénomène de mimétisme mullérien est un exemple de convergence évolutive, processus par lequel deux espèces soumises aux mêmes contraintes environnementales développent des phénotypes similaires alors que leur ancêtre commun présentait un phénotype différent. En d'autres termes, comment les multiples éventualités de la sélection naturelle mènent au même résultat.

À l'inverse, on retrouve également une très grande variété de motifs sur les ailes des papillons du genre Heliconius.

Diversité des espèces au sein du genre Heliconius. On voit que des espèces génétiquement éloignées ont des phénotypes similaires. On parle de convergence évolutive. © Reed et al., 2011

Dans une publication mise en ligne sur le site de la revue Science, l'équipe de chercheurs américains et panaméens emmenée par Robert Reed s'est intéressée aux mécanismes génétiques sous-jacents. Cette grande diversité est-elle due à un seul gène ou au contraire à des similarités, ou bien est-ce le résultat de l'expression de nombreux gènes ?

Pour répondre à ces questions, ils ont étudié l'ADN situé dans des fragments d'ailes, isolant ainsi les gènes responsables de la coloration rouge des ailes. Et ils ont découvert que ce phénotype est le résultat de l'expression d'un seul gèneoptix.

Un seul gène pour plusieurs caractères

Un seul gène peut donc être à l'origine d'une variété de caractéristiques physiques. Il semblerait qu'une variabilité du segment cis-régulateur, qui permet de déclencher l'expression du gène, soit à l'origine de la variabilité phénotypique. De plus, ce même gène optix est aussi responsable de la couleur des yeux du papillon.

Il s'agit là de l'une des surprises de l'étude. Finalement, il est possible qu'un faible nombre de gènes soient à l'origine d'une grande variété de caractéristiques physiques et contrôlent l'évolution de nombreux traits. Enfin, le fait qu'un même gène soit à l'origine de la convergence évolutive rend la tâche difficile pour les scientifiques qui cherchent à différencier les homologies (caractère partagé par deux espèces et leur ancêtre commun) et les convergences (caractère partagé par deux espèces mais pas par leur ancêtre commun).

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