Une étude, dont les résultats intitulés «Hox dosage contributes to flight appendage morphology in Drosophila» sont publiés dans la revue Nature Communications, révèle que des variations du dosage d’expression d’une famille évolutivement conservée de gènes développementaux, appelés gènes Hox, peuvent contribuer à la diversification des organes de vol chez les insectes.

Relevons tout d'abord que, pour envahir tout l’espace aérien sur Terre, les insectes ont développé diverses stratégies de vol, qui se reflètent au niveau de la diversification morphologique de leurs appendices de vol: «par exemple, les insectes peuvent utiliser deux paires d'ailes de morphologie similaire, comme observées chez les libellules ou les Damsel, ou deux paires d’ailes différentes, comme observées chez les abeilles ou les papillons» ou encore «l’aile peut aussi être remplacée par un organe complètement différent, de type élytre (organe protecteur) chez les coléoptères ou haltère (organe d’équilibre du vol) chez les mouches».

La plupart de nos connaissances actuelles, pour expliquer comment une telle diversité morphologique a pu avoir lieu au cours de l’évolution des insectes «proviennent de travaux sur la mouche des fruits Drosophila melanogaster et le coléoptère Tribolium castaneum». Concrètement, «chez ces deux espèces, l'expression du gène Ultrabithorax (Ubx) est nécessaire à la formation de l’appendice de vol postérieur»: en effet, «chez les drosophiles mutantes du gène Ubx, les haltères sont remplacées par une paire d'ailes postérieures».

Relevons ici que le gène Ubx «appartient à une famille de gènes évolutivement très conservée dans le règne animal, appelée 'gènes Hox', qui agissent comme instructeurs pour dicter aux cellules comment elles doivent se différencier au cours du développement embryonnaire, plus particulièrement le long de l’axe antéro-postérieur».

Dans ce contexte, alors que «le rôle du gène Ubx pour la formation des organes de vol postérieurs est bien établi», le rôle dans la formation des ailes d'un autre gène Hox, appelé Antennapedia (Antp), «est longtemps resté énigmatique». De ce fait, l'étude ici présentée a «utilisé de nouveaux anticorps contre la protéine Antp et des outils modernes de génétiques basés entre autres sur le système CRISPR/Cas9» pour éclaircir ce mystère.

Au bout du compte, il est apparu «que le gène Antp est nécessaire à la formation correcte de l’aile, et que la protéine Antp présente un profil d’expression dynamique au cours de son développement». En outre, «des mouches à quatre ailes (sans production de protéine Ubx) peuvent à nouveau former des haltères suite à une expression de Antp à des niveaux similaires à ceux de Ubx».

Plus précisément, «en jouant sur des variations graduelles du dosage», cette étude prouve «que ces deux gènes ont la même capacité pour moduler la forme et la taille de l’aile, jusqu’à une transformation possible complète en haltère». Ce n’est donc pas le type de gène Hox, «mais son niveau d’expression, qui contrôle la formation d’une aile ou d’une haltère chez la mouche».

Cette étude montre, enfin, «en analysant les niveaux d’expression des gènes Antp et Ubx chez plusieurs insectes à quatre ailes», une corrélation «entre l’existence d’une morphologie similaire/différente entre les deux paires d’ailes, et le niveau d’expression similaire/différent des gènes Hox».

Ainsi, dans son ensemble, ce travail permet «de mieux comprendre le rôle controversé des gènes Hox sur la formation des ailes chez les insectes», puisque «une variation du dosage des protéines spécifiées par ces gènes» pourrait «constituer un mécanisme moléculaire pour diversifier la morphologie des appendices de vol au cours de l'évolution des insectes».