Les organes électriques aident les poissons électriques, comme l’anguille électrique, à faire toutes sortes de choses étonnantes : ils envoient et reçoivent des signaux qui ressemblent à des chants d’oiseaux, les aidant à reconnaître d’autres poissons électriques par espèce, sexe et même individu. Une nouvelle étude en Avancées scientifiques explique comment de petits changements génétiques ont permis aux poissons électriques de développer des organes électriques. Cette découverte pourrait également aider les scientifiques à identifier les mutations génétiques à l’origine de certaines maladies humaines.
L’évolution a profité d’une bizarrerie de la génétique des poissons pour développer des organes électriques. Tous les poissons ont des versions en double du même gène qui produit de minuscules moteurs musculaires, appelés canaux sodiques. Pour faire évoluer les organes électriques, les poissons électriques ont désactivé un double du gène du canal sodium dans les muscles et l’ont activé dans d’autres cellules. Les minuscules moteurs qui font généralement se contracter les muscles ont été réutilisés pour générer des signaux électriques, et le tour est joué ! Un nouvel orgue aux capacités étonnantes est né.
« C’est excitant parce que nous pouvons voir comment un petit changement dans le gène peut complètement changer où il est exprimé », a déclaré Harold Zakon, professeur de neurosciences et de biologie intégrative à l’Université du Texas à Austin et auteur correspondant de l’étude.
Dans le nouvel article, des chercheurs de l’UT Austin et de la Michigan State University décrivent la découverte d’une courte section de ce gène du canal sodique – environ 20 lettres de long – qui contrôle si le gène est exprimé dans une cellule donnée. Ils ont confirmé que chez les poissons électriques, cette région de contrôle est soit altérée, soit totalement absente. Et c’est pourquoi l’un des deux gènes du canal sodium est désactivé dans les muscles des poissons électriques. Mais les implications vont bien au-delà de l’évolution des poissons électriques.
« Cette région de contrôle se trouve dans la plupart des vertébrés, y compris les humains », a déclaré Zakon. « Ainsi, la prochaine étape en termes de santé humaine serait d’examiner cette région dans des bases de données de gènes humains pour voir combien de variation il y a chez les personnes normales et si certaines délétions ou mutations dans cette région pourraient conduire à une expression réduite des canaux sodiques. , ce qui pourrait entraîner des maladies. »
Le premier auteur de l’étude est Sarah LaPotin, technicienne de recherche dans le laboratoire de Zakon au moment de la recherche et actuellement doctorante à l’Université de l’Utah. En plus de Zakon, les autres auteurs principaux de l’étude sont Johann Eberhart, professeur de biosciences moléculaires à UT Austin, et Jason Gallant, professeur agrégé de biologie intégrative à la Michigan State University.
Zakon a déclaré que le gène du canal sodium devait être désactivé dans le muscle avant qu’un organe électrique puisse évoluer.
« S’ils activaient le gène à la fois dans le muscle et dans l’organe électrique, alors toutes les nouvelles choses qui arrivaient aux canaux sodiques de l’organe électrique se produiraient également dans le muscle », a déclaré Zakon. « Ainsi, il était important d’isoler l’expression du gène à l’organe électrique, où il pourrait évoluer sans nuire au muscle.
Il existe deux groupes de poissons électriques dans le monde, l’un en Afrique et l’autre en Amérique du Sud. Les chercheurs ont découvert que les poissons électriques d’Afrique présentaient des mutations dans la région de contrôle, tandis que les poissons électriques d’Amérique du Sud les perdaient entièrement. Les deux groupes sont arrivés à la même solution pour développer un organe électrique – perdre l’expression d’un gène du canal sodique dans le muscle – bien qu’à partir de deux voies différentes.
« Si vous rembobiniez la bande de la vie et que vous appuyiez sur lecture, la lecture serait-elle de la même manière ou trouverait-elle de nouvelles façons d’avancer ? L’évolution fonctionnerait-elle de la même manière encore et encore ? » a déclaré Gallant, qui élève les poissons électriques d’Amérique du Sud qui ont été utilisés dans une partie de l’étude. « Les poissons électriques essayons de répondre à cette question parce qu’ils ont développé à plusieurs reprises ces caractéristiques incroyables. Nous nous sommes tournés vers les clôtures dans cet article, essayant de comprendre comment ces gènes de canaux sodiques ont été perdus à plusieurs reprises chez les poissons électriques. C’était vraiment un effort de collaboration. . »
L’une des prochaines questions auxquelles les chercheurs espèrent répondre est de savoir comment la région de contrôle a évolué pour activer les canaux sodiques dans l’organe électrique.
Sarah LaPotin et al, L’évolution cis-régulatrice divergente sous-tend la perte convergente d’expression du canal sodique chez les poissons électriques, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abm2970. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2970