Denis Duboule
Collège de France
Évolution des génomes et développement (chaire internationale)
Année 2021-2022
Gènes du développement et évolution. La transition des nageoires aux membres des tétrapodes
Ce cours portera sur l'implication des mécanismes de régulation des gènes du développement dans l'évolution des structures chez les vertébrés. En effet, alors que la sélection naturelle des formes biologiques les plus appropriées s'explique par la théorie de l'évolution, la production de la diversité de ces formes (la variation) reste encore à intégrer dans cette théorie. Plusieurs mécanismes touchant à notre patrimoine génétique sont probablement impliqués, tels que l'apparition de mutations dans des gènes importants, des remaniements chromosomiques, des sauts d'éléments transposables ou des modifications plus ou moins subtiles des systèmes complexes de régulations des gènes. Ce cours abordera certains de ces aspects en utilisant comme structure modèle les membres des vertébrés, ces appendices qui nous ont permis de coloniser le milieu terrestre à la période du dévonien, il y a quelque 370 Mio d'années, à la suite d'une série d'événements extraordinaires qui conduisirent à leur émergence à partir de nageoires ancestrales. La compréhension fine que nous avons aujourd'hui de la régulation des gènes qui construisent nos membres chez l'embryon nous permet-elle de proposer un schéma évolutif moléculaire de cette transition majeure qui a marqué l'apparition des tétrapodes et, par conséquent, celle des Homo sapiens quelques centaines de millions d'années plus tard ?
Dans cette première leçon, le contenu général du cours et ses objectifs sont définis. Il s'agira de traiter d'une des transitions morphologiques les plus importantes au sein des vertébrés, celle qui conduisit à l'apparition du membre archétype (chiridien) des tétrapodes (nos bras et nos jambes) à partir d'une structure ancestrale de type nageoire (membre ptérygien). Cette question très ancienne peut aujourd'hui être revisitée grâce à la fois aux outils les plus récents de la génétique moléculaire et de la génomique, à l'accès facilité (par la technologie) à l'étude d'espèces non modèles mais informatives grâce à leurs positions phylogénétiques, et également grâce à l'évolution des outils conceptuels utilisés dans ce domaine. L'objectif sera donc de faire le point sur les différentes théories et conclusions et d'essayer ainsi de reconstruire cette étape évolutive critique, qui a sans doute contribué à la colonisation du milieu terrestre.
Le cours commence avec un rappel de l'importance de cette question et de la nécessité d'une approche multidisciplinaire. Ensuite, cette transition évolutive est placée dans un contexte paléontologique (le dévonien supérieur) et la phylogénie des animaux impliqués dans cette transformation est discutée. Les fossiles essentiels sont brièvement présentés ce qui conduit directement à poser la question fondamentale des « homologies », à la fois entre les pièces osseuses des membres des poissons sarcoptérigiens, et entre celles-ci et les os qui composent le membre chiridien des tétrapodes.