Mouche du vinaigre : Le gène qui transforme l’aile de la mouche en super-moteur

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Allemagne – Des chercheurs allemands ont mis en évidence l’existence d’un gène unique qui, chez la mouche, fait la différence entre une aile guère plus mobile qu’une patte et une aile ‘turbo’ propre au vol ultra-rapide.

200 Hertz, soit 200 fois par seconde : c’est le rythme auquel se contractent et se détendent les muscles des ailes de la mouche du vinaigre (Drosophila melanogaster). Les chercheurs de l'Institut Max Planck de Biochimie de Martinsried, en Bavière (MPIB), ont étudié les mécanismes permettant à l’insecte cet exploit.

D’une nature spéciale, les deux types de muscles, antagonistes, présents dans l’aile – l'un qui se tend pour déplacer l'aile vers le bas, l'autre qui se contracte pour ramener celle-ci vers le haut – sont actionnés non seulement par l’influx nerveux, mais aussi par des contraintes de tension. À l’origine de cette anatomie particulière, un seul gène, appelé ‘spalt’, que les chercheurs du MPIB ont caractérisé en réalisant des mutations ciblées.

Sans ce gène, plus d’effet ‘ressort’ : la drosophile est incapable de voler. Si le fonctionnement exact de cet ‘interrupteur génétique’ n’est pas encore déterminé, les scientifiques sont néanmoins intéressés par une similitude possible entre le fonctionnement des ailes de la mouche et celui des ventricules du cœur humain, une histoire de battements de muscle, là aussi…
Maxisciences 02/12/2011

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Drosophila melanogaster, nom tiré du grec signifiant "amateur de rosée au ventre noir". Elle est encore appelée mouche du vinaigre.

C'est un insecte diptère (donc à une seule paire d'ailes). C'est l'espèce de drosophile qui est en général utilisée dans des expériences en génétique ; elle appartient aux plus importants organismes modèles. Dans la littérature biologique contemporaine, elle est souvent désignée tout simplement sous le nom de son genre, Drosophila (qui contient pourtant de nombreuses autres espèces).

Vue dorsale de Drosophila melanogaster (Wikipedia)

Ces mouches sont de couleur brun jaunâtre, avec des anneaux transversaux noirs au travers de l'abdomen. Elles ont des yeux rouges vif. Elles présentent un dimorphisme sexuel : les femelles mesurent environ 3 à 4 millimètres de long ; les mâles sont un peu plus petits et la partie arrière de leur corps est plus foncée. Les antennes elles sont courtes et possèdent une extrémité plumeuse. De plus, cette mouche possède des ailes de taille réduite et chifonnée. Pour un néophyte qui essayerait de décrire la différence entre les sexes sous un microscope, le caractère distinctif le plus marquant est probablement l'amas de poils entourant l'anus et les parties génitales du mâle. Sur le site web FlyBase (voir lien plus bas), l'on trouve des images concrètes à ce propos.

D. melanogaster mâle (à gauche) et femelle (Wikipedia)

Le cycle de vie de Drosophila melanogaster dure environ deux semaines à 22 °C; le cycle prend deux fois plus de temps à 18 °C. Les femelles pondent environ 400 œufs (embryons) dans des fruits en putréfaction ou dans d'autres matériaux organiques. Les œufs ont une longueur d'environ 0,5 millimètres. La larve sort de l'oeuf après 24 h et croît durant cinq jours en muant deux fois, 24 et 48 h après l'éclosion. Au cours de leur croissance, elles se nourrissent des micro-organismes qui décomposent le fruit, ainsi que des sucres du fruit lui-même. Ensuite, les larves s'encapsulent dans la pupe et subissent une métamorphose qui dure cinq jours, suite à laquelle l'adulte émerge.

Les femelles s'accouplent 8 à 12 heures après être sorties de leur pupe (dépendant de la température). Elles stockent le sperme des mâles auxquels elles se sont accouplées pour pouvoir l'utiliser ultérieurement. Pour cette raison, les généticiens doivent capturer les mouches femelles avant leur premier rapport sexuel, c'est-à-dire une femelle vierge, et s'assurer qu'elles ne s'accouplent qu'avec le mâle précis requis par l'expérience. Selon le "red book" (livre rouge) de Michael Ashburner, les femelles inséminées peuvent être "re-virginisées" par incubation prolongée à -10 °C, ce qui tue le sperme.

Déterminisme du sexe chez la drosophile : Le chromosome Y ne définit pas le sexe mâle chez la mouche comme chez l'être humain. C'est le rapport entre le nombre de gènes autosomaux déterminant le caractère mâle et le nombre de gènes femelles portés sur le ou les chromosomes X qui importe. Ainsi une mouche XY peut phénotypiquement être une femelle si la balance entre le nombre de gènes déterminant mâle et femelle penche en faveur du déterminisme femelle.


Chromosomes métaphasiques de Drosophila melanogaster observés au microscope optique après coloration au Giemsa. a est un mâle et b est une femelle. (Images Wikipedia)

La vision : Un œil composé de drosophile contient 800 unités de vision ou ommatidia, ce qui en fait l'un des plus développés parmi les insectes. Chaque ommatidium contient 8 cellules photoréceptrices (R1-, des cellules de support, des cellules de pigment, et une cornée. Les drosophiles standard ont des cellules de pigment rougeâtre, qui servent à absorber l'excès de lumière bleue ce qui empêche l'éblouissement de la mouche par la lumière ambiante.

Paire d'images en stéréovision (relief) tels que les reçoivent un œil de mouche (Wikipedia)

Vol des Drosophila : Les ailes d'une mouche peuvent battre jusqu'à 250 fois par seconde. Les mouches volent par des séquences directes de mouvement alternant avec de rapides rotations appelées saccades. Au cours de ces rotations, une mouche peut effectuer une rotation de 90 degrés en moins de 50 millisecondes.

Voir aussi : ITIS : Drosophila melanogaster Meigen, 1830, Animal Diversity Web : Drosophila melanogaster, Fauna Europaea : Drosophila melanogaster, Portail de l’entomologie


Wikipedia DEC 2011

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Cobaye exceptionnel en génétique

Drosophila melanogaster est l'un des organismes modèles les plus étudiés en recherche biologique, en particulier en génétique et en biologie du développement. Il y a plusieurs raisons pour cela :

• Elles sont petites et faciles à élever en laboratoire
  
• Leur cycle de génération est court (environ 2 semaines) et a une grande productivité (les femelles peuvent pondre jusqu'à 500 œufs en 10 jours)
  
• Les larves matures ont des chromosomes géants dans les glandes salivaires.
  
• Elles n'ont que 4 paires de chromosomes : 3 autosomiques, et 1 sexuel.
  
• Les mâles n'effectuent pas de recombinaison, ce qui facilite les études génétiques.
  
• Des techniques de transformation génétique sont disponibles...
  

Le génome des Drosophila contient 4 paires de chromosomes : une paire X/Y, et trois autosomes appelés 2, 3, et 4. Le quatrième chromosome est si minuscule qu'on l'omet souvent. Le génome contient environ 165 millions de bases et environ 13 000 gènes. Le génome a fini d'être séquencé en 2000 et mis en carte.

D'un point de vue génétique, les êtres humains et les drosophiles sont similaires. Environ 61 % des gènes de maladies connues ont une correspondance reconnaissable avec le code génétique des drosophiles, et 50 % des protéines de cette mouche ont des analogues chez les mammifères. Drosophila est utilisée comme modèle génétique pour diverses maladies humaines dont la maladie de Parkinson et celle de Huntington.

Le nom des gènes nommés d'après des allèles récessifs commence par une minuscule, celui des allèles dominants par une majuscule. Les gènes qui doivent leur nom à un dérivé de protéine commencent par une minuscule. Les gènes sont typiquement écrits en italiques. La convention d'écriture des génotypes est : X/Y; 2nd/2nd; 3rd/3rd.²

Dans la communauté de la biologie du développement, les généticiens, travaillant sur des Drosophila nomment les mutations d'après le phénotype observé. Par exemple, l'homologue de Pax 6, qui est important pour la formation de l'oeil est appelé "eyeless" (sans oeil) car cette structure est absente chez le mutant. eyeless est donc requis pour la formation de l'oeil. Ces noms évoquent directement la fonction des gènes, et sont faciles à mémoriser.

Wikipedia DEC 2011