Le poisson zèbre - Exploitation pédagogique
Jean-Claude Hervé, Ex IA-IPR, Académie de Versailles
Deux variants phénotypiques du Poisson zèbre Danio rerio
Le poisson zèbre, originaire d’Inde et de Malaisie où il vit dans les eaux douces peu profondes, est très prisé en aquariophilie et très utilisé dans les laboratoires de recherche. Sa longueur à l’âge adulte est de 3 cm environ.
Document : Poisson zèbre phénotypes sauvage et golden
La figure A illustre l’aspect du poisson « sauvage » remarquable par ses rayures noires sur ses flancs, rayures qui lui ont valu son nom .de poisson zèbre.
L’encart de cette figure A est une observation microscopique de l’épiderme du poisson au niveau d’une rayure noire (bien noter la différence d’échelle : la barre représente 5 mm pour le poisson adulte et 0,5mm pour l’observation microscopique.). On y reconnaît des cellules pigmentaires noirâtres (les mélanophores équivalents des mélanocytes de la peau humaine).
La figure B illustre l’aspect du variant « golden » du poisson zèbre. On constate que par rapport au poisson « sauvage » ses rayures sont beaucoup plus pâles. L’encart de cette figure B montre les cellules pigmentaires de l’épiderme du poisson « golden ». Elles sont moins nombreuses et en moyenne plus pâles que celles du poisson « sauvage ». La différence macroscopique entre poisson « sauvage » et poisson golden » a donc pour origine une différence au niveau cellulaire entre les cellules pigmentaires des deux types de poissons. On retrouve l’idée que la différence entre les phénotypes macroscopiques résulte de différences au niveau d’une population cellulaire.
Les figures en microscopie électronique C et E pour le poisson sauvage et D et F pour le « golden » permettent de préciser les différences au niveau cellulaire (là aussi bien voir les différences d’échelle, la barre représente 1000 nm en C et D et 200 nm en E et F).
Les figures C et D illustrent l’aspect d’une cellule pigmentaire en microscopie électronique chez chaque type de poisson. On constate que la cellule pigmentaire du poisson sauvage est beaucoup plus riche en grains de mélanine (les mélanosomes) que celle du « golden », d’ailleurs plus fine (les flèches soulignent les limites de la cellule). Les figures E et F montrent que les grains de mélanine du « golden » sont plus petits, moins pigmentés et de forme plus irrégulière que ceux du poisson « sauvage ». Ainsi, la différence de pigmentation des deux poissons trouve son origine dans une différence d’aptitude des cellules pigmentaires de la peau à synthétiser des grains de mélanine et à les regrouper.
Des différences d’origine génétique
Document : Croisement de poissons zèbres
Puisque les poissons « sauvages » croisés entre eux donnent uniquement une descendance sauvage et que les « golden » croisés entre eux donnent une descendance uniquement « golden » on peut dire que la différence phénotypique est héréditaire. Les données sur le croisement entre poisson « sauvage » et « golden » débouchent sur l’idée qu’un seul gène est à l’origine de cette différence phénotypique. Cela implique de réinvestir des notions vues au collège à savoir que les cellules possèdent deux allèles d’un gène, que les « sauvages » d’une part et les « golden » d’autre part sont homozygotes, enfin que les gamètes n’ont qu’un seul allèle d’un gène.
L’interprétation du croisement implique aussi la notion de dominance et de récessivité. On peut bien sûr ne pas vouloir aborder ces points et affirmer directement que la différence phénotypique est due à un gène. L’intérêt d’aller plus loin est de montrer, par rapport aux unicellulaires haploïdes comme les levures, la complexité de la relation génotype phénotype chez les organismes pluricellulaires diploïdes.
Une différence génétique qui résulte de différences dans la séquence de nucléotides du gène en cause, le gène SLC24A5
On peut introduire ici la notion d’allèle et effectuer la comparaison avec Anagène des deux allèles (Fichier SLC24A5-Danio.edi). On y trouve 12 différences (substitutions. On peut établir une corrélation entre les différences dans la séquence des allèles du gène et la différence phénotypique, c'est-à-dire l’aptitude de synthétiser de la mélanine, corrélation qu’on dira traduire une relation de causalité).
On peut aller plus loin puisque la notion d'enzyme évoquée au collège est considérée comme une notion fondamentale dans le nouveau programme de seconde, ainsi que la notion de voie métabolique. Les allèles du gène SLC24A5 codent pour une enzyme qui intervient dans une voie métabolique qui permet la synthèse de mélanine. On peut avec Anagène convertir les deux allèles en séquences peptidiques et comparer les résultats obtenus. Ceci implique d'indiquer que Met, Arg, Val, etc. sont les abréviations des noms des acides aminés. On constate que la séquence codée par l'allèle muté est notablement raccourcie par rapport à celle de l'allèle sauvage. Ce qui explique que cette enzyme soit peu ou pas fonctionnelle et contribue à une synthèse réduite de mélanine.
Cette étude chez un organisme pluricellulaire confirme la notion dégagée chez les unicellulaires que la séquence nucléotidique d’un gène est support d’information.