Une équipe de chercheurs internationaux a découvert un mécanisme génétique surprenant qui influence les motifs vibrants et complexes des ailes des papillons. Dans une étude publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesl’équipe, dirigée par Luca Livraghi de l’Université George Washington et de l’Université de Cambridge, a découvert qu’une molécule d’ARN, plutôt qu’une protéine comme on le pensait auparavant, joue un rôle essentiel dans la détermination de la distribution du pigment noir sur les ailes des papillons.
La manière dont les papillons parviennent à créer les motifs et les couleurs vibrantes sur leurs ailes fascine les biologistes depuis des siècles. Le code génétique contenu dans les cellules des ailes de papillon en développement dicte la disposition spécifique de la couleur sur les écailles de l’aile (les carreaux microscopiques qui forment les motifs des ailes), de manière similaire à la disposition des pixels colorés pour former une image numérique. Déchiffrer ce code est fondamental pour comprendre comment nos propres gènes construisent notre anatomie. En laboratoire, les chercheurs peuvent manipuler ce code chez les papillons à l’aide d’outils d’édition génétique et observer l’effet sur les traits visibles, comme la coloration d’une aile.
Les scientifiques savent depuis longtemps que les gènes codant pour les protéines sont essentiels à ces processus. Ces types de gènes créent des protéines qui peuvent déterminer quand et où une écaille spécifique doit générer un pigment particulier. En ce qui concerne les pigments noirs, les chercheurs pensaient que ce processus ne serait pas différent et ont initialement impliqué un gène codant pour les protéines. La nouvelle étude, cependant, dresse un tableau différent.
L’équipe a découvert un gène qui produit une molécule d’ARN – et non une protéine – qui contrôle l’endroit où les pigments noirs sont produits pendant la métamorphose des papillons. En utilisant la technique d’édition du génome CRISPR, les chercheurs ont démontré que lorsque l’on supprime le gène qui produit la molécule d’ARN, les papillons perdent complètement leurs écailles pigmentées noires, ce qui montre un lien clair entre l’activité de l’ARN et le développement des pigments noirs.
« Ce que nous avons découvert est étonnant », a déclaré Livraghi, chercheur postdoctoral à GW. « Cette molécule d’ARN influence directement l’endroit où le pigment noir apparaît sur les ailes, façonnant les motifs de couleur du papillon d’une manière que nous n’avions pas anticipée. »
Les chercheurs ont étudié plus en détail le fonctionnement de la molécule d’ARN au cours du développement des ailes. En examinant son activité, ils ont observé une corrélation parfaite entre l’endroit où l’ARN est exprimé et l’endroit où se forment les écailles noires.
« Nous avons été stupéfaits de constater que ce gène est activé à l’endroit où les écailles noires se développent sur l’aile, avec une précision exquise », a déclaré Arnaud Martin, professeur associé de biologie à GW. « C’est vraiment un pinceau évolutionnaire en ce sens, et un pinceau créatif, à en juger par ses effets sur plusieurs espèces. »
Les chercheurs ont examiné l’ARN nouvellement découvert chez plusieurs autres papillons dont l’histoire évolutive a divergé il y a environ 80 millions d’années. Ils ont découvert que chez chacune de ces espèces, l’ARN avait évolué pour contrôler de nouveaux emplacements dans les motifs de pigments sombres.
« Les résultats cohérents obtenus à partir de mutants CRISPR chez plusieurs espèces démontrent réellement que ce gène d’ARN n’est pas une invention récente, mais un mécanisme ancestral clé pour contrôler la diversité des motifs d’ailes », a déclaré Riccardo Papa, professeur de biologie à l’Université de Porto Rico-Río Piedras.
« Nous et d’autres avons étudié ce trait génétique chez de nombreuses espèces de papillons et nous avons constaté que ce même ARN est utilisé à maintes reprises, des papillons à longues ailes aux papillons monarques et aux papillons de la belle dame », a déclaré Joe Hanly, chercheur postdoctoral et chercheur invité à GW. « Il s’agit clairement d’un gène crucial pour l’évolution des motifs alaires. Je me demande quels autres phénomènes similaires les biologistes auraient pu omettre parce qu’ils n’avaient pas prêté attention à la matière noire du génome. »
Ces résultats remettent non seulement en question les hypothèses de longue date sur la régulation génétique, mais ouvrent également de nouvelles voies pour étudier la manière dont les traits visibles évoluent chez les animaux.
L’étude, « Un long ARN non codant au locus du cortex contrôle la coloration adaptative chez les papillons », a été publié le 30 août 2024 dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
Plus d’informations :
Luca Livraghi et al, Un long ARN non codant au locus du cortex contrôle la coloration adaptative chez les papillons, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2403326121