La différenciation évolutive des récepteurs androgènes est responsable du développement des caractéristiques sexuelles chez un poisson téléostéen

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 1428 (2023) Citer cet article

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Les poissons téléostéens présentent des caractéristiques sexuelles complexes en réponse aux androgènes, telles que l'élargissement des nageoires et la parade nuptiale. Cependant, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent leur acquisition évolutive restent largement inconnus. Pour répondre à cette question, nous analysons des mutants de medaka (Oryzias latipes) déficients en ohnologues des récepteurs androgènes spécifiques aux téléostéens (ara et arb). Nous avons découvert qu'aucun des ohnologues n'était requis pour la spermatogenèse, alors qu'ils semblent fonctionnellement redondants pour la parade nuptiale chez les mâles. Cependant, les deux étaient nécessaires au succès de la reproduction : ara pour l'élargissement des dents et le comportement reproducteur suscitant la réceptivité des femelles, arb pour la morphogenèse des nageoires spécifiques au mâle et la motivation sexuelle. Nous avons en outre montré que les différences entre les deux ar ohnologues dans leur transcription, la localisation cellulaire de leurs protéines codées et leurs programmes génétiques en aval pourraient être responsables de la diversité phénotypique entre les mutants ara et arb. Ces découvertes suggèrent que les archologues ont divergé de deux manières : premièrement, par la perte de leurs rôles dans la spermatogenèse et deuxièmement, par la duplication de gènes suivie d'une différenciation fonctionnelle qui a probablement résolu les rôles pléiotropes dérivés de leur gène ancestral. Ainsi, nos résultats donnent un aperçu de l’impact de la duplication du génome sur la diversification massive des caractéristiques sexuelles dans la lignée téléostéenne.

Les vertébrés présentent une grande variété de traits morphologiques et comportementaux sexuellement dimorphes qui auraient évolué par sélection sexuelle. Le dimorphisme sexuel chez les vertébrés a été largement étudié chez les rongeurs, en particulier dans le contexte de caractéristiques sexuelles plutôt masculines, telles que les organes génitaux externes, le développement des organes sexuels accessoires et les comportements reproductifs1,2. Cependant, peu d’études empiriques ont étudié les mécanismes moléculaires sous-jacents à l’acquisition évolutive de divers traits sexuellement dimorphes chez les vertébrés. Les téléostéens présentent un dimorphisme sexuel extrême3, comme une nageoire médiane allongée4, des organes copulatoires5,6 et une coloration nuptiale7, ainsi que des traits de comportement tels que la construction du nid8, la parade nuptiale9 et les actes agressifs10. De tels traits masculins augmentent le succès reproductif des mâles, mais nuisent souvent aux femelles en raison des optima de condition physique spécifiques au sexe de ces traits. Ainsi, la corrélation génétique entre les deux sexes contraint l’évolution du dimorphisme sexuel, qui génère des conflits sexuels intra-locus11,12. Bien que l'expression génétique biaisée par les androgènes soit un mécanisme possible pour résoudre un tel conflit sexuel en permettant l'expression de traits morphologiques et comportementaux spécifiquement chez les vertébrés mâles matures13,14,15,16, on sait peu de choses sur la relation entre le programme génétique régulé par les androgènes. androgènes et la diversification évolutive des traits sexuellement dimorphes.

Les réponses phénotypiques et physiologiques aux androgènes sont médiées par le récepteur des androgènes (Ar), qui appartient à la famille des récepteurs nucléaires, un groupe diversifié de facteurs de transcription originaires d'animaux multicellulaires17,18,19,20. L'Ar est composé de trois domaines fonctionnels majeurs, un domaine N-terminal hypervariable (NTD), un domaine central de liaison à l'ADN (DBD) hautement conservé constitué de deux motifs en doigts de zinc et un domaine de liaison au ligand COOH-terminal (LBD) 17, 18,19,20 (Fig. 1 supplémentaire). Chez les mammifères, la testostérone (T) et la 5α-dihydrotestostérone sont des ligands efficaces de l'AR21. La 11Kétotestostérone (11KT) est un androgène puissant chez les téléostéens22. Des études traditionnelles utilisant des modèles murins ont montré que l'AR knock-out (AR KO) entraînait la démasculinisation des organes génitaux externes, l'agénésie des organes sexuels accessoires et l'arrêt de la spermatogenèse1. De telles fonctions pléiotropes pourraient avoir limité l’évolution moléculaire du gène AR, bien que l’expression génique médiée par les androgènes puisse résoudre les conflits sexuels.