Mouche des fruits : a créé le premier animal modifié pour pouvoir avoir des enfants sans sexe | Science

La biologiste du développement Alexis Sperling est devenue obsédée par quelque chose qu’elle a vu en laboratoire lorsqu’elle étudiait pour son doctorat. Une mante religieuse a été fécondée et a mis bas spontanément, sans avoir auparavant eu de relations sexuelles avec un mâle. Une vierge avait eu des enfants.

Cette capacité n’a jamais été observée chez les mammifères, y compris bien sûr les humains, mais dans le reste du monde animal, certaines espèces sont capables de le faire. De nombreux cas ont été observés dans des zoos où les femelles avaient passé des années seules, sans possibilité de s’accoupler.

En 2015, une équipe a découvert l’un des premiers cas de reproduction asexuée dans la nature : la Floride a vu des requins, qui étaient au bord de l’extinction. Il y a tout juste deux ans, au zoo de San Diego (États-Unis), deux femelles du condor de Californie, espèce en voie de disparition, ont accouché seules, malgré le fait que dans ce cas il y avait des mâles disponibles.

Ce phénomène s’appelle la parthénogenèse (naissance vierge) et cela peut être un avantage si la mère est bien adaptée à son environnement et qu’il est peu changeant. Leur progéniture, pratiquement des clones, le sera aussi, et ils n’auront pas besoin de mâles pour pouvoir donner naissance à de nouvelles générations. En fait, leur capacité de reproduction est ainsi doublée. C’est toujours une énigme comment, quand et pourquoi la parthénogenèse se produit et la raison pour laquelle les mammifères l’ont interdite.

Sperlingbiologiste de l’évolution à l’université de Cambridge (Royaume-Uni), a levé certaines de ces inconnues en créant le premier animal génétiquement modifié pour pouvoir avoir des enfants vierges : la mouche des fruits, ou Drosophile melanogaster. L’équipe y est parvenue en intervenant sur trois gènes de l’animal. Après 40 jours sans mâle pour les féconder – la moitié de leur vie – les drosophiles modifiées ont activé leur nouvelle superpuissance génétique et ont produit des petits toutes seules.

un pouvoir héréditaire

“C’est la première fois qu’il est montré comment induire la capacité d’avoir des chiots tout en étant vierge”, souligne Sperling. “Sinon, les filles sont en parfaite santé et bien qu’elles aient hérité du pouvoir de réaliser la parthénogenèse, elles conservent également leur capacité à se reproduire sexuellement”, ajoute le biologiste, premier auteur de l’étude qui décrit ces expériences. dans le magazine spécialisé Biologie actuelle.

La parthénogenèse est l’un des processus biologiques les plus méconnus du règne animal. Au fur et à mesure que les ovules mûrissent à l’intérieur de la mère, ils se divisent plusieurs fois jusqu’à ce qu’ils soient prêts, avec la moitié du matériel génétique nécessaire pour créer un nouvel individu – l’autre moitié étant fournie par le sperme du mâle. Dans ce processus, une fusion de l’ovule avec un excès de matériel génétique peut se produire, ce qui donne lieu à une fécondation spontanée. Le processus génère une progéniture très similaire à la mère, mais pas identique, car la séquence génétique d’origine est légèrement remixée dans le processus de fusion.

Les tentatives pour amener les mammifères à avoir spontanément des petits asexués ont échoué. Chez ces animaux, il y a empreinte, ce qui provoque la désactivation de certains gènes essentiels au développement de l’embryon et leur activation uniquement lorsque les moitiés génétiques de la femelle et du mâle sont mélangées. Chez la souris, cette empreinte a été partiellement désactivée pour générer une progéniture sans avoir besoin de père ni de sexe, mais elle a toujours nécessité une manipulation complexe des ovules, qui doivent ensuite être implantés chez une femelle pour qu’elle gestate. Les barrières biologiques à la parthénogenèse étant probablement beaucoup plus complexes chez les primates et les humains, l’application de ces techniques à la procréation assistée présente de nombreuses difficultés.

génétique de la vieille école

L’équipe de Sperling a trouvé la clé pour créer des naissances vierges en étudiant le génome de deux variantes d’une autre mouche, la Drosophile mercator. L’un se reproduit uniquement par voie sexuée et l’autre uniquement par parthénogenèse. Ceci nous a permis d’identifier deux gènes responsables de la fécondation asexuée : le polo —essentiel à la prolifération cellulaire et découvert à la fin des années 1980 par David Glover, co-auteur de la présente étude— et le Désat2. Les scientifiques ont trouvé leurs équivalents dans le génome de la mouche des fruits et ont commencé à croiser différentes lignées jusqu’à en obtenir une qui avait les mêmes schémas de fonctionnement que chez les autres espèces. Et ainsi naquit la première génération capable de reproduction asexuée. Si en plus la fonction du gène est améliorée Myc, indispensable à la croissance cellulaire, la parthénogenèse devient beaucoup plus efficace. “C’est de la génétique à l’ancienne”, reconnaît Sperling; mais ça marche.

La découverte a nécessité six ans de travail et la création de plus de 220 000 mouches, chose impensable avec d’autres animaux de laboratoire aux temps de reproduction plus longs et beaucoup moins gérables, explique Sperling.

cayetano gonzalezchercheur vétéran avec Drosophile à l’Institut de recherche en biomédecine (IRB) de Barcelone, estime qu’il s’agit d’une expérience « très surprenante ». “Non seulement ils ont trouvé la combinaison magique de gènes, mais ils l’utilisent également pour donner à une espèce qui n’était pas capable de parthénogenèse la capacité de le faire”, souligne-t-il. La découverte montre l’une des voies évolutives de la reproduction asexuée chez les animaux, mais il y en a probablement beaucoup d’autres qui n’ont pas encore été découvertes, ajoute-t-il.

Sperling va réorienter son enquête vers un nouveau phénomène inquiétant. La parthénogenèse est beaucoup plus fréquente chez les insectes nuisibles à l’agriculture et peut causer des millions de pertes. Un exemple est le foreur de la tomate —Total absolu—, considéré comme l’un des pires ravageurs agricoles au monde. Bien qu’il ait été relativement maîtrisé grâce aux méthodes actuelles de lutte antiparasitaire, ces dernières années les insectes semblent avoir acquis des résistances.

Une méthode de lutte contre ces parasites consiste à inonder la serre de phéromones femelles artificielles. Les mâles deviennent tellement saturés par ces signaux biochimiques qu’ils sont incapables de trouver les femelles réelles, ce qui entraîne une absence de reproduction. Mais il semble que les foreurs femelles soient de plus en plus capables de se reproduire par parthénogenèse, ce qui leur donne en retour un énorme avantage, puisqu’à chaque génération non seulement la moitié des individus adaptés à leur environnement peuvent avoir une progéniture — 50 % de femelles, 50 % de mâles. — mais potentiellement à 100 %. Malgré cela, des expériences ont montré que seulement 2% des mouches des fruits de deuxième génération développent une progéniture asexuée, et tant qu’il n’y a pas de mâles autour.

Sperling, qui travaillait auparavant au département de génétique de Cambridge, a déménagé au centre de recherche sur les cultures associé de la même université. “Je veux commencer à comprendre comment cela se produit chez les ravageurs”, dit-il. « J’aimerais tester tous les pesticides que nous utilisons et voir si l’un d’entre eux favorise la pathogenèse. A savoir si nos moyens de production agricole de masse favorisent réellement l’avancée de ce type de ravageur », ajoute-t-il.

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