Des gènes en double laissent ces poissons changer de sexe

Pour le napoléon, passer de la femme à l’homme implique une reprogrammation génétique spectaculaire des organes sexuels.

(Inside Science) – Pour la plupart des animaux, le sexe est fixé à la naissance. Mais pour certains poissons, le changement de sexe est une affaire habituelle.

Une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue Progrès de la science révèle comment un poisson de récif des Caraïbes appelé le mâle à tête bleue transforme complètement son sexe de mâle à mâle.

Bluehead wrasses (Thalassoma bifasciatum) sont des poissons sociaux qui vivent en groupes avec un grand mâle dominant à tête bleue qui défend un harem de plus petites femelles jaune vif provenant de rivaux. Si le mâle dominant est mangé ou meurt de vieillesse, la femme la plus grande commence immédiatement à changer de sexe pour assumer son rôle. En quelques minutes, elle commence à défendre agressivement le territoire du groupe et à faire la cour aux autres femmes. En quelques heures, elle commence à changer de couleur et, au bout de 10 jours, ses ovaires se transforment en testicules.

Les poissons obtiennent "le meilleur des deux mondes", a déclaré Erica Todd, écologiste moléculaire à l'Université d'Otago en Nouvelle-Zélande et co-première auteur de la nouvelle étude. "Ils peuvent se reproduire en tant que femelle tout en étant petits, puis changer de sexe pour se reproduire avec succès en tant que mâle."

Bien que les scientifiques connaissent depuis des années cette transformation sexuelle chez les mâles et certains autres poissons, ils ne comprenaient pas comment cela fonctionnait mécaniquement. "C'est un mystère depuis des décennies", a déclaré Todd.

Pour résoudre ce mystère, les chercheurs ont éliminé les mâles dominants de plusieurs groupes de napoléons vivant près de Key Largo, en Floride. Ils ont ensuite analysé l’activité des gènes dans les ovaires / testicules et le cerveau des poissons au cours de leur transformation de femelle en mâle. Ils ont comparé le poisson qui change de sexe avec les mâles et les femelles dont le sexe est resté inchangé.

Bien que les chercheurs n’aient trouvé aucune différence significative dans le cerveau des poissons à changement de sexe, ils ont constaté des changements rapides et spectaculaires dans leurs gonades dès que le mâle dominant avait disparu. Le premier et le plus frappant de ces changements concerne le gène de l'aromatase, qui code pour une enzyme responsable de la fabrication de l'œstrogène, une hormone féminine. Lorsqu'une femme commence à changer de sexe, le gène de l'aromatase est désactivé de sorte que seules les hormones mâles soient produites.

Mais qu'est-ce qui déclenche ce changement dramatique? Des recherches antérieures ont montré que le cortisol, une hormone de stress, peut modifier l'activité des gènes et déclencher un changement de sexe chez les poissons. Les chercheurs pensent que le stress causé par la "perte" d'un homme dominant protégeant le groupe peut déclencher la libération de cortisol chez la femme et arrêter les signaux qui maintiennent l'ovaire en ovaire.

D'autres gènes ont également surpris. Certaines de ces surprises ont trait au fait que l'ancêtre de la plupart des poissons a vu son répertoire génétique doubler il y a trois cent millions d'années – un phénomène connu sous le nom de duplication du génome entier. Cela signifie qu'ils ont deux versions de chaque gène, a déclaré Laura Casas, biologiste moléculaire à l'Institut de recherche marine en Espagne, qui n'a pas participé à la recherche.

Au début, les deux copies de chaque gène auraient été identiques, mais au fil des ans, elles ont suivi des destins évolutifs différents. Le plus courant était de rendre l’un des gènes copiés inutilisable. Mais dans certains cas, une des copies a acquis une nouvelle fonction, et c’est ce qui s’est passé avec deux gènes appelés Foxl2 et wnt4. L’équipe a découvert que pour chacun de ces gènes, les mâles femelles ont normalement une copie active qui aide à maintenir les ovaires et une autre inactive. Mais lorsqu'une femme commence à changer de sexe, sa copie active est désactivée, tandis que l'autre copie est activée et utilisée pour développer des testicules.

Bien que ce ne soit pas le premier exemple d'une paire de gènes dupliqués faisant des choses très différentes, c'est la première fois que quelqu'un explique comment des gènes qui remplissent une fonction dans le corps d'une femme peuvent être "réutilisés" pour un changement de sexe chez un poisson hermaphrodite, dit Casas. Les nouvelles découvertes pourraient aider à expliquer pourquoi les poissons montrent beaucoup plus de capacité à changer de sexe que les autres vertébrés.

L'équipe a également examiné les mécanismes qui contrôlent l'activation et la désactivation des gènes, en particulier les petites étiquettes chimiques se liant à l'ADN dans le cadre d'un processus appelé méthylation. "Ces marques de méthylation sont activement éliminées et remplacées lors du changement de sexe", a déclaré Todd, contribuant ainsi à la reprogrammation complète des cellules sexuelles chez ces poissons.

Selon Casas, la découverte que la méthylation de l'ADN est impliquée dans ce processus "est particulièrement pertinente dans le contexte actuel de réchauffement planétaire". Les températures plus chaudes peuvent influer sur la méthylation de l'ADN et sur la détermination du sexe chez d'autres espèces. Ainsi, des températures océaniques plus élevées pourraient altérer les marques épigénétiques chez les poissons qui changent de sexe, a-t-elle déclaré.

"C’est une belle étude", a déclaré Mme Casas, bien que selon elle, davantage d’études soient nécessaires avant de pouvoir généraliser les résultats à d’autres espèces. Par exemple, les poissons-clowns – comme le célèbre protagoniste de "Finding Nemo" – peuvent modifier le sexe dans le sens opposé, d'homme à femme, bien que leur anatomie et leurs mécanismes moléculaires soient légèrement différents de ceux du mâle à tête bleue.

Todd et ses collègues prévoient d’étudier les mécanismes moléculaires du changement de sexe chez d’autres espèces telles que le poisson tacheté, une espèce originaire de Nouvelle-Zélande qui fait preuve d’une flexibilité sexuelle similaire à celle du lapin à tête bleue. Elle et son équipe ont réussi à garder ces poissons en captivité. Ils prévoient donc de manipuler la méthylation de l'ADN dans ces colonies pour voir si elles peuvent empêcher le changement de sexe.

"Comprendre comment les poissons peuvent changer de sexe peut nous en dire plus sur la façon dont ces réseaux complexes de gènes interagissent pour déterminer et maintenir le sexe", a déclaré Todd. "Non seulement chez les poissons, mais chez les animaux vertébrés en général."

Des gènes en double laissent ces poissons changer de sexe
4.9 (98%) 32 votes