Le sexe et les caractéristiques sexuelles constituent des aspects clés de la vie d’un organisme et sont déterminés par un processus biologique connu sous le nom de détermination du sexe. Ces mécanismes en constante évolution sont largement classés en fonction du type de « commutateur » qui les déclenche. La détermination génétique du sexe dépend des chromosomes sexuels, tels que les chromosomes X et Y chez les êtres humains, tandis que la détermination environnementale du sexe dépend de facteurs tels que la température et le rapport local entre les hommes et les femmes. Bien que la plupart des mécanismes de détermination du sexe soient génétiques ou environnementaux, un troisième type de détermination du sexe, qui dépend de facteurs totalement aléatoires, existe également. Ceci, cependant, n’a pas été complètement exploré.
Le mécanisme de détermination du sexe de Caenorhabditis elegans, une espèce de nématode, ou notre ver rond commun, est l’un des aspects les mieux compris de sa biologie. Dans son cas, les embryons avec deux chromosomes X, ou les embryons XX, se développent en hermaphrodites, tandis que les embryons XO, qui ont un chromosome sexuel – le chromosome X – se développent en mâles. Plusieurs espèces de nématodes ont un mécanisme de détermination du sexe similaire à celui de C. elegans. Fait intéressant, cependant, certaines espèces de nématodes s’appuient également sur le système XX/XY pour la détermination du sexe, avec les types X et Y de chromosomes sexuels, ainsi que sur des facteurs environnementaux. Malheureusement, les mécanismes qui causent cette variance dans la détermination du sexe entre les espèces de nématodes sont restés un mystère jusqu’à présent.
Récemment, un groupe de chercheurs dirigé par le professeur associé Ryoji Shinya de l’Université Meiji, au Japon, le professeur Paul Sternberg du California Institute of Technology, aux États-Unis, et le professeur associé Taisei Kikuchi de l’Université de Miyazaki, au Japon, ont mené une étude pour comprendre la détermination du sexe. chez deux espèces de nématodes, Bursaphelenchus xylophilus et Bursaphelenchus okinawaensis. L’équipe du Dr Shinya est engagée depuis longtemps dans la recherche sur les nématodes. Dans cette nouvelle étude, ils ont mené une analyse comparative à l’échelle du génome spécifique au sexe pour déterminer le déclencheur initial de la détermination du sexe chez les deux espèces de Bursaphelenchus, et un dépistage génétique pour déterminer la cascade génétique qui a suivi le déclencheur.
Dans leur étude publiée dans Communication Nature, les chercheurs rapportent qu’il n’y a pas de différence dans le nombre de chromosomes, ou le génome, entre les mâles et les femelles chez B. xylophilus et entre les mâles et les hermaphrodites chez B. okinawaensis. Cela suggère que ces sexes chez les deux espèces de nématodes ont des génomes identiques et aucun chromosome sexuel. Ainsi, la détermination du sexe chez ces espèces doit se faire par des mécanismes non génétiques.
Crédit : Université Meiji, Tokyo, Japon
Pour approfondir cette question, l’équipe a mené une analyse pour déterminer si des facteurs environnementaux tels que la température, la disponibilité des nutriments et la densité de population influençaient la détermination du sexe chez ces organismes. Ils ont observé que ces facteurs avaient un effet minime sur la détermination du sexe chez les larves de ces espèces et qu’aucune des larves ne s’est transformée en mâle.
Considérant que les descendants produits par autofécondation chez B. okinawaensis sont essentiellement des clones isogéniques, il est clair que des différences génétiques ne sont pas nécessaires pour la détermination du sexe chez B. okinawaensis. De plus, même dans des conditions environnementales fixes, des individus génétiquement identiques de B. okinawaensis se différencient en hermaphrodites et en mâles. L’équipe suggère que le sexe des nématodes B. okinawaensis est principalement déterminé par l’expression stochastique d’un gène déclencheur inconnu et/ou par un bruit de développement. En d’autres termes, la différenciation sexuelle se produit à la suite d’événements aléatoires au cours du développement.
L’équipe a également comparé les orthologues, c’est-à-dire les gènes apparentés par descendance commune, de séquences similaires chez C. elegans, B. xylophilus et B. okinawaensis. Ils ont découvert que seuls les gènes en aval de ces trois nématodes étaient conservés, ce qui indique que le genre Bursaphelenchus a un déclencheur de détermination du sexe différent de celui de C. elegans. De plus, ils ont mené des analyses génétiques et identifié un locus majeur déterminant le sexe chez B. okinawaensis, connu sous le nom de Bok-tra-1a. À l’aide de la bioinformatique et du séquençage d’ARN, ils ont observé une conservation des cibles putatives dans ce gène régulateur, confirmant davantage les résultats indiquant la conservation des fonctions en aval. Cela implique que la différenciation sexuelle des nématodes pourrait avoir évolué à partir de ce régulateur en aval.
« Notre découverte d’un nouveau mode frappant de détermination du sexe dans le phylum des nématodes pourrait non seulement aider les études en laboratoire sur les nématodes parasites, mais aussi contribuer à l’ingénierie des populations », a observé le Dr Shinya, enthousiaste.
Indiquant l’importance de ces découvertes dans la lutte antiparasitaire, le Dr Shinya déclare : « Les dommages causés par les nématodes phytoparasites sont estimés à 80 milliards de dollars par an. Les nématicides conventionnels sont nocifs pour l’environnement. Comprendre les mécanismes de détermination du sexe des nématodes phytoparasites peut aider à développer des souches stériles qui ne sont pas parasitaires mais peuvent aider à réduire les populations de nématodes de manière sûre et durable. »
Ryoji Shinya et al, Détermination stochastique possible du sexe chez les nématodes Bursaphelenchus, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-30173-2
Fourni par l’Université Meiji