Sciences de la vie et de la Terre

Le sexe de l’ornithorynque

15 / 09 / 2005 | Liliane Grandmougin

Bien que relevant de mécanismes complexes, ayant emprunté des voies évolutives diverses, le déterminisme du sexe chez les animaux semble se résumer à des étapes-clefs. Chez les mammifères, par exemple, si l’on possède deux chromosomes sexuels X, on est de sexe femelle, tandis que si l’on a un X et un Y, on est de sexe mâle. Sur Y, en effet, se trouve un gène SRY dont le fonctionnement permet aux gonades indifférenciées de l’embryon de basculer vers l’état de testicules au lieu d’ovaires. Chez les oiseaux, les femelles ont les chromosomes ZW et les mâles ZZ. Cette fois, pas de gène SRY mais un candidat probable à un rôle similaire : le gène DMRT1, sur le chromosome Z. Vous pensez avoir compris ? Et bien voici le cas de l’ornithorynque !

En 1798, le naturaliste britannique George Shaw reçoit un colis en provenance d’Australie, contenant un étrange spécimen, qu’il décrit comme « une tête de canard greffée sur un corps de quadrupède » . De plus, l’animal pond des œufs et le mâle possède un aiguïllon venimeux.... A cette époque, les supercheries sont nombreuses : les empailleurs n’hésitent pas à vendre comme « sirènes » des têtes de singes sur un corps de poisson ; aussi la communauté scientifique reste-t-elle sceptique sur l’authenticité de l’animal. D’autres spécimens parviennent en Europe, qui vont entraîner pendant 40 ans une vive discussion sur la place dans la classification de ce que l’on nomme « Ornithorhynchus », le bec-oiseau. On retiendra la classification de Cuvier et Etienne Geoffroy Saint Hilaire : l’animal appartient à un nouveau groupe de mammifères : les monotrèmes (« un seul trou »).

En étudiant ses chromosomes sexuels, les chercheurs contemporains ont également eu une surprise en répertoriant non pas XX chez la femelle ornithorynque, mais X1X1 X2X2 X3X3 X4X4 X5X5 ! Le mâle n’est pas en reste : on trouve chez lui X1Y1 X2Y2 X3Y3 X4Y4 X5Y5. Comme si ce n’était pas suffisamment compliqué, il a été impossible d’identifier un gène SRY sur aucun des chromosomes Y du mâle ! Par contre, il y a sur le chromosome X5 un gène apparenté à... DMRT1, le gène aviaire !

Pendant la méïose, étape qui voit une cellule diploïde donner quatre gamètes haploïdes, les chromosomes homologues s’apparient ; il en va de même pour les gonosomes XX chez la femelle ainsi que X et Y chez le mâle, grâce à des séquences génétiques communes. Puis les paires se séparent lors de la première division cellulaire. Comment cela est-il possible chez l’ornithorynque, avec autant de gonosomes ? En les marquant individuellement, les scientifiques les ont vu former des chaînes au lieu de paires. Ils ont découvert que chaque chromosome sexuel a une séquence proche d’une de leur voisin immédiat dans la chaîne, ce qui leur permet de s’aligner. Chez le mâle, les chromosomes X et Y alternent dans la chaîne méiotique. Par contre, le mécanisme qui permet une ségrégation efficace, conduisant à 5X dans une cellule et 5Y dans une autre après division (ou X1X2X3X4X5 dans chaque) n’est pas connu.

D’un point de vue évolutif, cette découverte apporte des informations inédites. On pense que les chromosomes sexuels dérivent d’autosomes (chromosomes non-sexuels). Le grand chromosome X est très conservé chez les mammifères. Le chromosome X1 de l’ornithorynque est celui qui lui ressemble le plus, mais il semble que la paire X5Y5 soit la plus proche des chromosomes ancestraux, car ils sont très dissemblables l’un de l’autre, ce qui suppose une période d’évolution plus longue. L’absence de gène SRY et la présence d’un gène proche de DMRT1 est plus énigmatique. Bien que ce dernier ne semble pas jouer un rôle masculinisant chez l’animal, il suggère une parenté inattendue entre les chromosomes sexuels des mammifères et ceux des oiseaux. Cette hypothèse reste encore à étayer.

Depuis leur découverte, les monotrèmes n’ont cessé de poser divers problèmes aux scientifiques et d’autres sont venus s’y ajouter : quel est le déterminisme génétique du sexe chez l’ornithorynque, puisque SRY et DMRT1 n’y jouent aucun rôle ? Comment se fait la régulation de l’expression des gènes du chromosome X chez la femelle, puisque chez les mammifères, l’un des chromosomes X est bloqué ? Des études complémentaires de ce curieux petit animal, dont le groupe s’est séparé des autres mammifères il y a 210 millions d’années, devraient permettre de mieux comprendre des mécanismes fondamentaux comme l’évolution des chromosomes, la méiose et le déterminisme du sexe. Et, qui sait, peut-être réserve-t-il d’autres surprises...
L.G

D’après Nature, vol.432 16 Décembre 2004.


Voir aussi
 :
La Recherche, Mars 1997 n°296 « L’histoire de la vie »- Puzzle sur pattes à bec et poils-

 

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