samedi 23 avril 2016

Un allèle sélectionné par une sécheresse identifié chez une espèce de pinson de Darwin

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : évolution, génétique, Darwin


Geospiza fortis et son gros bec

Les pinsons de Darwin  sont un ensemble d'une douzaine d'espèces qu'a observé Charles Darwin au cours de son séjour dans les îles Galapagos en 1835, étape de son grand voyage sur le Beagle qui est sans doute l'équivalent pour la biologie du tour du monde de Magellan ou du voyage de Christophe Colomb pour la géographie. Ces pinsons sont issus par spéciation d'une seule espèce arrivée il y a 2 millions d'années sur des îles volcaniques qui ont émergé il y a 3 millions d'années. La diversité de ces espèces est particulièrement visible pour leur bec dont la taille et la forme détermine ce que peut manger l'oiseau (graines molles ou dures, insectes, nectar...).

Il y a des chercheurs en permanence sur les îles et ils cherchent à observer les modifications des caractères dans les populations de pinsons lors d'évènement climatiques, où la sélection naturelle est temporairement modifiée et accentuée. La sécheresse de 1976-1977 avait déjà permis d'apporter un certain nombre d'informations sur la manière dont la sélection naturelle avait affecté la taille moyenne des becs. Mais à l'époque, pas de possibilité de lier ces évènements à de la génétique. La sécheresse de 2004-2005 allait permettre d'aller plus avant, y compris sur le terrain génétique. Cette sécheresse a sélectionné parmi les individus d'une espèce de pinson (Geospiza fortis) ceux qui avaient le bec le plus petit, ce qui permettait de limiter la compétition en cette période de pénurie avec une autre espèce de pinson au bec plus gros (Geospiza magnirostris).

Les chercheurs racontent dans un article publié cette semaine dans Science qu'ils ont pu récupérer les ADN de 60 oiseaux appartenant à 6 espèces de pinsons différents. Ils se sont rendus compte que la taille du bec est corrélée avec des mutations dans le gène HMGA2, avec des allèles associés à des becs plus gros et d'autres à des becs plus petits. Ils se sont rendus compte qu'après la sécheresse de 2004-2005, les populations survivantes de Geospiza fortis avaient une représentation de l'allèle "petit bec" de HMGA2 bien plus importante qu'avant la sécheresse, au détriment de l'allèle "grand bec". 

HMGA2 est un facteur de transcription. Il y a quelques années, une étude avait montré que les tailles de bec des pinsons étaient sous la dépendance de l'expression du facteur de croissance BMP4 durant la morphogénèse du bec. 

Taille du bec et expression de BMP4 au cours du développement (plus c'est bleu foncé, plus BMP4 est exprimé)


Les chercheurs avaient même reproduit les variations de taille de bec chez l'embryon de poulet en augmentant ou en diminuant artificiellement l'activité BMP (voir cette figure). Il faudrait savoir comment ces deux études s'articulent ensemble. Il est probable que HMGA2 contrôle l'expression de BMP4.

Article original
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lundi 11 avril 2016

Introduction d'une mutation qui rend résistant au VIH dans des embryons humains

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : génomique, biotechnologie, VIH
 
Entrée du VIH dans un lymphocyte grâce à CCR5 et CD4

La technique CRISPR/Cas9 est une technique qui permet d'éditer les séquences génomiques avec une très bonne efficacité et une bonne précision.Cette technique est expliquée ICI.
Evidemment il était tentant d'appliquer la technique à l'humain et tout particulièrement au cours des stades précoces du développement embryonnaire. C'est ce qu'a fait une équipe chinoise en Avril 2015 en modifiant un allèle causant la bêta-thalassémie de la bêta-globine. Ce premier essai avait révélé une efficacité assez faible avec en plus des mutations introduites ailleurs que dans le locus voulu. 

Une autre équipe chinoise vient de tenter un nouvel essai. Cette fois-ci la cible était CCR5, le co-récepteur du virus VIH. Il s'agissait d'introduire une mutation qui rend impossible l'entrée du virus (et qui est présente chez des personnes résistantes au virus = l'allèle CCR5-Δ32, il s'agit d'une délétion de 32 pb qui aboutit à un codon stop prématuré car le cadre de lecture est décalé). L'essai a été fait sur des embryons issus de fécondation in vitro mais non réimplantables et non viables car ils avaient des anomalies chromosomiques. Résultat : 4 des 26 embryons humains ont eu leur génome modifié correctement. Au bout de quelques jours, les embryons ont été détruits, sans vraiment tester d'ailleurs que leurs cellules étaient résistantes à l'infection au VIH (il aurait fallu faire des cellules ES à partir de ces embryons et les différencier en lymphocytes CD4+ pour le tester).

Evidemment, ce genre de tests réveille des questions éthiques. Tout d'abord toute modification à ces stades précoces du développement (ici des zygotes = stade 1 cellule) peut aboutir à modifier le génome de la lignée germinale et donc cette modification peut être transmise à la descendance ce qui revient à changer artificiellement le patrimoine génétique de l'humanité. Dans les thérapies géniques classiques, ce sont les cellules somatiques qui sont les cibles et donc les modifications introduites mourront avec le patient. Egalement, se pose le problème de l'efficacité encore faible de la technique chez les embryons humains (alors que l'efficacité est beaucoup plus forte dans des cellules isolées en culture), ce qui la rend inapplicable en l'état.

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