La formation de rayures dans le plumage repose sur des références spatiales dans l’embryon
Pois, taches, rayures… La formation de ces motifs dits périodiques est souvent expliquée par une organisation autonome, spontanée, de la peau en développement. Dépendent-ils également d’une information de position préalable ? Les chercheurs montrent que chez les oiseaux (Galliformes), la position des rayures, conservée, est déterminée par des signaux émanant d'une structure embryonnaire, le somite, tandis que leur largeur et leur forme, variables, sont régulées plus tardivement et de façon locale. Des références spatiales précoces peuvent donc modeler les motifs périodiques en amont de dynamiques locales, contraignant ainsi leur évolution. Le travail a été publié dans la revue Science.
Chez les animaux, la distribution de la couleur forme souvent des motifs répétés (périodiques) tels les pois, rayures, zébrures… Ces motifs fascinent aussi bien les biologistes du développement que les mathématiciens : quels mécanismes gouvernent leur formation et contribuent à leur incroyable diversité ? L’organisation spatiale de la peau en développement implique la mise en place de « pré-patterns » qui précèdent les motifs pigmentaires. Des dynamiques d’auto-organisation (impliquant une diffusion moléculaire ou l’interaction directe entre cellules pigmentaires) sont souvent avancées pour expliquer la formation de ces pré-patterns. Effectivement, modifier de tels paramètres biologiques peut contribuer aux variations importantes observées dans la nature. En revanche, de telles dynamiques n’expliquent pas la reproductibilité de l’orientation et de la périodicité des motifs au sein d’espèces ou de groupes. De telles caractéristiques suggèrent en effet que la formation de motifs périodiques repose également sur une référence spatiale préexistante.
A l’instar de stratégies de modélisation mathématique, documenter la diversité phénotypique permet de prédire de telles références. Dans cette étude, les chercheurs décrivent le motif périodique transitoire des Galliformes (i.e. cailles, faisans, etc...) juvéniles : la surface de leur dos est striée de bandes longitudinales organisées en une séquence typique (jaune-noire-jaune, voir image). La largeur de ces bandes varie tandis que leur position, mesurée de façon absolue, est comparable. L’analyse de l’apparition des pigments dans la peau embryonnaire montre que ce motif résulte de « pulses » de production de couleur jaune dont la localisation est corrélée à l’expression du gène de pigmentation agouti : ce dernier forme des bandes dont la position et la largeur correspondent à celles des stries jaunes chez chaque espèce.
Grâce à une approche fonctionnelle exploitant des lignées de cailles mutantes les auteurs détaillent la fonction d’agouti : ni le gain ni la perte de fonction de ce gène ne modifient la position des bandes jaunes, mais réduisent leur largeur dans le premier cas et l’augmentent dans le second. Agouti contrôle la largeur des bandes par l’ajustement de la durée du pulse de production de jaune de façon dose-dépendante. Des expériences de greffes hétérospécifiques caille-faisan à long terme ont ensuite permis d’identifier l’origine des signaux contrôlant l’expression localisée d’agouti : après transplantation de somites, les faisans hôtes présentent un patron d’expression d’agouti et un motif pigmentaire typiques de la caille donneuse. De tels changements n’ont pas été observés après greffe du tube neural (tissu duquel sont originaires les cellules pigmentaires). Ces résultats ont ainsi permis de montrer que le mésoderme somitique instruit de façon autonome l’expression d’agouti et donc la position des bandes jaunes.
En conclusion, le motif pigmentaire des Galliformes est établi en deux temps : le somite procure une première information de position au derme en développement qui contrôle la position, conservée entre espèces, des bandes d’agouti et en conséquence, des stries jaunes. La largeur des bandes, variable, est ajustée par agouti de manière locale et dose-dépendante. Il est a envisager qu’une telle organisation séquentielle de l’espace, combinant références précoces et dynamiques locales, gouverne la formation, et donc l’évolution, de beaucoup de motifs périodiques.
© Nicolas Haupaix
En savoir plus :
The periodic coloration in birds forms through a prepattern of somite origin.
Haupaix N, Curantz C, Bailleul R, Beck S, Robic A, Manceau M.
Science. 2018 Sep 21;361(6408). pii: eaar4777. doi: 10.1126/science.aar4777.