Découverte du gène SLC24A5 chez le poisson zèbre
Résumé
Le phénotype « sauvage » du poisson est caractérisé par des rayures noires sur les flancs de l’animal ; le mutant golden en diffère par des rayures à la pigmentation beaucoup plus claire. L’analyse génétique a conduit à cloner et isoler le gène responsable de cette différence phénotypique, le gène SLC24A5. L’allèle « golden » diffère de l’allèle sauvage par une substitution qui entraîne l’apparition d’un codon stop anticipé. La séquence de la protéine mutée ne correspond qu’à 40% de celle de la protéine sauvage. Elle est donc peu fonctionnelle. Le gène SLC24A5 intervient donc dans la coloration de la peau du poisson zèbre.
Documents
- Poisson zèbre de phénotype sauvage et de phénotype golden ; mélanophores épidermiques en microscopie optique et électronique.
- Expériences de transgénèse.
Séquences pour Anagène
Exploitation pédagogique
Les phénotypes pigmentaires du poisson zèbre
L’exploitation des documents fournis sur le poisson zèbre (document 1) doit permettre aux élèves d’expliquer pourquoi ce poisson représente un bon modèle animal pour étudier l’origine génétique des différences de pigmentation. La couleur noire des rayures du poisson de phénotype sauvage est liée à la présence de cellules pigmentaires épidermiques, les mélanophores, avec de nombreux mélanosomes riches en mélanine. Le phénotype « golden » du mutant dont les rayures sont beaucoup plus claires, est dû à des mélanophores, plus petits et moins riches en mélanosomes qui contiennent moins de mélanine. Les mélanophores des poissons sont l’équivalent des mélanocytes humains (il n’y a pas de transfert à des kératinocytes chez les poissons, l’épiderme n’étant pas kératinisé). Le dualisme des phénotypes pigmentaires du poisson zèbre est similaire à celui des peaux claires et sombres chez l’homme.
Le déterminisme génétique de la différence de pigmentation chez le poisson zèbre
- On peut d’abord indiquer les résultats de croisements entre les deux phénotypes. Les hybrides F1 issus du croisement entre poissons de phénotype sauvage (de lignée pure) et poissons de phénotype golden ont tous le phénotype sauvage. Le croisement de ces F1 avec des poissons « golden » donne une génération constituée par 50% de poissons de phénotype sauvage et 50% de phénotype golden.
L’exploitation de ces données conduit à dire que le phénotype mutant est récessif et que la différence phénotypique est due à un seul gène. Cela ne veut pas dire qu’un seul gène intervient dans la pigmentation de la peau mais qu’un seul gène suffit pour rendre compte de la différence phénotypique (les autres gènes étant les mêmes chez les deux types de poissons).
- Le gène en cause a été isolé et séquencé par les techniques du génie génétique. Ce gène dénommé SLC24A5 code pour une protéine localisée dans la membrane des mélanosomes. La comparaison des séquences codantes des deux allèles (rayures sombres - rayures claires) avec Anagène révèle 12 différences (substitutions). La comparaison des séquences protéiques révèle que les 3 premières substitutions sont silencieuses et que la quatrième (un nucléotide à Cytosine de l’allèle sauvage est remplacé par un nucléotide à Adénine de l’allèle muté) entraîne une interruption de la traduction de l'allèle muté. Ainsi le codon 208 TAC de l'allèle sauvage est remplacé par un codon stop TAA dans l'allèle muté. La protéine mutée a environ 40% de la longueur de la protéine sauvage ; sa fonction dans la mélanogénèse en est donc affectée.
- Les élèves peuvent ensuite exploiter les expériences de transgénèse (document 2) pour voir si elles valident ou non le gène SLC24A5 en tant que gène impliqué dans la pigmentation.
Dans ce document, la figure G représentant la larve golden à 72 heures sert de témoin. Elle est peu pigmentée. La larve golden à 72 heures qui a reçu de l’ARNm de l’allèle sauvage de SLC24A5 est davantage pigmentée. Cet ARNm a donc déclenché une plus grande production de mélanine ce qui confirme le rôle du gène dans la pigmentation de la peau du poisson zèbre.