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Histoire d’une question anatomique

 | 
Stéphane Schmitt

La permanence de l'homologie sériée au xxème siècle, entre génétique, biologie du développement et sciences de l'évolution

La répétition des parties et la construction du “paradigme” des gènes du développement

Texte intégral

  • 1 “L’étude de la segmentation est comparable à celle de l’Apocalypse. Cette voie conduit à la folie. (...)

“The study of segmentation is comparable to study of the Apocalypse. That way leads to madness.”1
Alfred Sherwood Römer 1874-1973) (

1Les deux dernières décennies du XXème siècle ont vu la progression, dans des proportions inédites, de la génétique du développement et plus particulièrement des connaissances portant sur les mécanismes de mise en place et de différenciation des parties répétées. L’application à ces questions des techniques mises au point dans les années 1970, notamment celles du génie génétique et de l’ADN recombinant, a permis d’appréhender directement le rôle des gènes ainsi que la manière dont ils s’expriment dans l’espace et dans le temps lors de l’ontogenèse des organismes. En particulier, la caractérisation moléculaire des gènes homéotiques et des gènes de segmentation, tels qu’ils ont été définis au cours de la période précédente, s’est révélée être un outil des plus précieux dans la compréhension des mécanismes de la morphogenèse.

  • 2 Hall (Brian K.), Evolutionary Developmental Biology, Londres : Chapman and Hall, 1992, 275 p. L’ex (...)
  • 3 Gilbert (Scott F.), Developmental Biology, 5eme éd., Sunderland : Sinaucr, 1997, pp. 914-915.

2Corrélativement, la comparaison de ces mécanismes entre les différents groupes animaux et végétaux et la reconnaissance de certaines similitudes développementales étonnantes entre des organismes apparemment très éloignés tels que la drosophile et la souris ont nourri la réflexion sur les modalités de l’évolution des espèces et des lignées et ont apporté des éléments nouveaux dans les discussions sur les liens de parenté entre les embranchements. Certains auteurs ont même parlé à ce propos de l’émergence d’une nouvelle discipline biologique : Hall, par exemple, a utilisé l’expression de “biologie développementale de l’évolution”, qui est désormais assez consensuelle2 ; Gilbert, quant à lui, évoque avec optimisme la “synthèse développementale”, actuellement en construction selon lui, qui va unifier la biologie dans un avenir proche3.

3Nous nous proposons, dans ce chapitre, de présenter quelques-unes des recherches récentes concernant la répétition des parties, en particulier celles qui ont conduit à une compréhension de plus en plus fine des déterminismes moléculaires qui président à l’édification d’un organisme segmenté tel que la drosophile, l’extension de ces résultats à l’étude des vertébrés et l’élaboration d’une version moderne de l’archétype segmenté. À plusieurs égards, cette construction a les allures d’un paradigme, tant il est vrai que les travaux entrepris en génétique du développement se positionnent par rapport à elle. Nous examinerons en outre comment des problèmes classiques de la morphologie ont été revus au moyen des méthodes moléculaires, et nous nous attarderons sur l’exemple de la segmentation de la tête des vertébrés.

4Naturellement, le manque de recul lié à la proximité des faits relatés ici rend difficile une évaluation objective de l’impact réel des travaux dont il sera question, et une ébauche d’analyse historique ne sera véritablement envisageable que pour le début de la période considérée, à savoir les années 1980-1985. Il nous a paru souhaitable, cependant, de dresser un tableau, même sommaire, de l’état des connaissances à l’orée du XXIème siècle. 11 ne s’agit évidemment pas ici de faire œuvre de vulgarisation scientifique, et nous ne chercherons en aucun cas à être exhaustif ni à recenser les tout derniers développements de la biologie moléculaire. Nous tenterons en revanche de donner une idée, si incomplète soit-elle, de l’état actuel des conceptions dans le domaine qui nous intéresse, de montrer la permanence de l’homologie sériée dans le contexte de la biologie actuelle, et de nous interroger sur la place qu’elle occupe au sein des programmes de recherche.

5L’on peut ainsi se demander si les espoirs de résolution par les méthodes moléculaires des problèmes posés dans le cadre de la morphologie classique (homologie de la métamérie des arthropodes et des vertébrés, métamérie de la tête, etc.), espoirs suscités par les découvertes effectuées dans les années 1980, sont légitimement fondés ; d’autre part, il convient de déterminer dans quelle mesure les thèmes hérités du XIXème siècle (récapitulation, etc.) conservent une influence, explicite ou implicite, sur la pensée des chercheurs d’aujourd’hui.

La drosophile, du paradigme de la génétique à celui du développement

  • 4 Gehring (Walter J.), Master Control Genes in Development and Evolution, New Haven : Yale Universit (...)

6Dès la fin des années 1970, un schéma général du contrôle génétique du développement de la drosophile commençait à se dessiner, dont le modèle de Lewis, l’hypothèse des compartiments, la notion de gène sélecteur et la classification hiérarchique des gènes de segmentation constituaient les principaux soutiens. C’est dans cette direction qu’allaient s’orienter les recherches, toujours plus nombreuses, au cours de la décennie suivante. Comme pour la période précédente, l’on peut distinguer les travaux portant sur l’établissement de la segmentation et ceux qui tentent d’expliquer la différenciation des métamères les uns par rapport aux autres. Ce sont ces derniers qui conduisirent aux découvertes les plus spectaculaires, à savoir l’analyse moléculaire des gènes homéotiques4.

Les études sur les gènes homéotiques et la découverte de l'homéoboîte

7Les travaux de Lewis sur le complexe bithorax suscitèrent un grand enthousiasme chez les généticiens, qui cherchèrent dès lors à appliquer ce modèle à d’autres régions du génome de la drosophile. Or, depuis longtemps, l’on connaissait des mutations homéotiques affectant la partie antérieure de l’animal et ne relevant pas du complexe bithorax, comme Nasobemia ou Antennapedia.

  • 5 Denell (R. E.), “Homoeosis in Drosophila. 1 : Complementation studies with revenants of Nasobemia(...)
  • 6 Duncan (Ian W.), Kaufman (Thomas C.), “Cytogenetic analysis of chromosome 3 in Drosophila melanoga (...)

8Dès le début des années 1970, R. E. Denell, de l’université d’Édimbourg, entreprit une analyse génétique systématique de la région du chromosome III qui est impliquée dans ces anomalies. Il conclut que Nasobemia (Ns) et Antennapedia (Antp), ainsi qu’une autre mutation, Extra sex combs (Sex), qui provoque diverses transformations de nature homéotique au niveau des pattes, n’étaient autres que les allèles d’un seul et même gène. Malgré cela, il établissait une comparaison avec l’organisation des gènes de la série bithorax telle que l’avait décrite Lewis5. Au cours des années suivantes, la cartographie de cette partie du génome s’affina de plus en plus, notamment sous l’impulsion des Américains Thomas Kaufman et Ian Duncan, sans qu’émergeât pour autant un modèle général de son mode de fonctionnement6. Ce n’est qu’après la publication du fameux article de Lewis, en 1978, que l’on envisagea sérieusement la possibilité d’une organisation et d’un rôle semblables à ceux du complexe bithorax.

  • 7 Kaufman (Thomas C), Lewis (Ricki), Wakimoto (Barbara), “Cytogenetic analysis of chromosome 3 in Dr (...)

9En 1980, l’équipe de Kaufman défendit cette hypothèse et décida de baptiser la région concernée le “complexe Antennapedia” (ANT-C)7. Peu après, ces études furent complétées, de nombreuses mutations nouvelles aux effets semblables furent découvertes, décrites et localisées, et l’analyse génétique aboutit finalement à la conclusion qu’au moins cinq sites fonctionnels devaient composer le complexe Antennapedia.

  • 8 L’on montrera par la suite que le complexe bithorax ne comporte que trois gènes homéotiques et le (...)

10Ainsi, au début des années 1980, le modèle de Lewis se vit appliqué aux deux complexes de gènes homéotiques connus chez la drosophile, bithorax et Antennapedia. Dans les deux cas, le nombre de gènes impliqués n’était pas déterminé avec certitude, mais il était fortement surestimé8. Il convient de noter que tous ces travaux de génétique classique furent poursuivis après l’obtention des premiers résultats moléculaires et que, comme nous le verrons, ils continuèrent à faire progresser la connaissance des gènes homéotiques.

  • 9 Bender (Welcome), Akam (Michael), Karch (François), Beachy (Philip A.), Peifer (Mark), Spierer (Pi (...)

11Mais l’avancée la plus spectaculaire, à cette époque, fut incontestablement la caractérisation moléculaire de ces gènes. Le département de biochimie de l’université de Stanford, aux États-Unis, était alors à la pointe des travaux en génétique moléculaire de la drosophile. David Hogness et ses collaborateurs, désireux d’étudier le génome de cet animal (surtout les gènes intervenant dans l’ontogenèse), mirent au point une méthode de clonage permettant d’obtenir des souches de bactéries contenant chacune un fragment donné des chromosomes de la drosophile. De cette manière, ils pouvaient multiplier considérablement, purifier et analyser une portion définie du génome. Issu de cette équipe, Paul Schedl, au cours d’un séjour post-doctoral, introduisit ces nouvelles techniques au Biozentrum, le laboratoire nouvellement fondé par Gehring à Bâle. Avec Spyros Artavanis-Tsakonas et Ruth Stewart, ils commencèrent à établir une “banque” de gènes de la drosophile (c’est-à-dire une collection de plasmides, molécules d’ADN bactérien contenant chacune un fragment donné du génome de la drosophile). Un certain nombre de gènes furent isolés de cette manière. Le problème était alors de savoir dans quelle souche bactérienne se trouvait le clone que l’on souhaitait étudier. Il s’agissait d’une tâche relativement aisée lorsque l’on connaissait la nature du produit du gène concerné, mais ce n’était pas le cas pour les gènes homéotiques. Pour pallier ce problème, Hogness développa, avec ses collaborateurs, la technique de “marche sur le chromosome” : partant d’une zone connue, déjà clonée et isolée, on identifie des fragments d’ADN se chevauchant partiellement, en avançant progressivement sur le chromosome. Cette équipe parvint ainsi à cloner l’ADN du complexe bithorax et à caractériser précisément les mutants connus9.

  • 10 Garber (Richard L.), Kuroiva (Atsushi), Gehring (Walter J.), “Genomic and cDNA clones of the homeo (...)
  • 11 Scott (Matthew P.), Weiner (AmyJ.), Harelrigg (T. I.), Polisky (Barry A.), Pirrotta (V.), Scalengh (...)
  • 12 McGinnis (William), Levine (Michael), Hafen (Ernst), Kuroiva (Atsushi), Gehring (Walter J.), “A Co (...)

12Aussitôt, Gehring se lança dans une étude similaire du gène Antennapedia. Deux jeunes chercheurs, Richard Garber et Atsushi Kuroiva, entreprirent une marche sur le chromosome 111 en direction de ce locus. Contrairement au groupe de Hogness, ils étaient obligés de partir d’une région lointaine, car ils ne connaissaient aucun locus proche du complexe Antennapedia. Finalement, ils parvinrent à cloner ce dernier en 198310. Indépendamment, une équipe américaine, animée par Matthew Scott, alors dans le laboratoire de Kaufman à Bloomington (Indiana), réalisa des travaux équivalents de marche sur le chromosome III, et clona également Antennapedia peu de temps après11. Chacun de ces deux groupes, en étudiant plus finement l’organisation de l’ADN ainsi cloné, fit une découverte surprenante : une portion du gène Antennapedia se retrouve sous une forme presque identique dans d’autres endroits du génome, en particulier au sein d’autres gènes homéotiques (Ultrabithorax) ou dans des gènes de segmentation12. En soi, l’existence de séquences d’ADN répétées dans le génome n’avait rien de surprenant, au début des années 1980, car on connaissait alors de nombreux cas de répétitions à des degrés divers. Seulement, cette fois, la partie redondante correspondait à une région traduite en protéine. Par ailleurs, Scott et McGinnis parvinrent, chacun de son côté, à déterminer la séquence de ce fragment d’ADN, et découvrirent qu’elle correspondait, dans la protéine, à une succession de soixante acides aminés, mieux conservée encore que la séquence d’ADN, compte tenu de la redondance du code génétique.

13Il s’avérait donc que les gènes homéotiques des complexes ANT-C et BX-C avaient en commun une séquence d’ADN hautement conservée, et qui existait par ailleurs dans des gènes extérieurs à ces complexes. Les chercheurs bâlois décidèrent en conséquence d’appeler cette partie commune l’“homéoboîte” (homeobox), et la séquence protéique correspondante l’“homéodomaine”.

  • 13 Laughon (Allen), Scott (Matthew P.), “Sequence of a Drosophila segmentation gene : protein structu (...)

14Cette découverte revêtait une importance capitale pour le modèle de Lewis. En effet, si tous les gènes homéotiques semblaient appartenir à une même famille, il devenait très vraisemblable qu’ils étaient le résultat d’une série de duplications à partir d’un même gène ancestral. Scott et Gehring firent d’ailleurs immédiatement le lien entre leur découverte et les hypothèses antérieures sur les complexes de gènes homéotiques. Au-delà de la génétique du développement, la description de l’homéodomaine allait avoir des conséquences considérables sur la connaissance des mécanismes fondamentaux de la régulation de l’expression de l’information génétique et, à cet égard, il s’agissait sans doute de l’avancée la plus significative après le modèle de l’opéron de Jacob et Monod. Dès 1984, Scott notait que l’homéodomaine comportait un grand nombre de résidus d’acides aminés chargés positivement : cette propriété, relativement inhabituelle chez les protéines connues alors, le rendait susceptible d’interagir avec l’ADN, qui est chargé négativement. En outre, avec Allen Laughon, Scott observa que l’homéodomaine ressemblait au domaine de fixation à l’ADN de certaines protéines de bactéries ou de levure13.

  • 14 Gehring (Walter J.), Qian (Yanqiu), Billeter (Martin), Furukubo-Tokunaga (K.), Schier (A. F.), Res (...)

15À la fin des années 1980, l’équipe de Gehring, notamment un étudiant, Martin Muller, en collaboration avec le groupe de Kurt Wüthrich, de Zurich, qui maîtrisait alors la technique de résonance magnétique nucléaire, utilisa cette méthode afin de déterminer la structure tridimensionnelle de l’homéodomaine14.

  • 15 Sânchez-Herrero (E.), Vernôs (I.), Marco (R.), Morata (Ginés), “Genetic organization of Drosophila (...)

16Tandis que les études moléculaires apportaient d’inattendues mais rassurantes confirmations des hypothèses élaborées dans le cadre de la génétique formelle, cette dernière poursuivait ses investigations, et c’est d’ailleurs elle qui, en précisant plus exactement la structure des complexes bithorax et Antennapedia, allait conduire à un réexamen critique du modèle de Lewis. En effet, bien que, dans l’ensemble, les phénotypes des mutants homéotiques semblaient en accord avec ce schéma, une analyse génétique de détail fit rapidement apparaître certains doutes quant au mode d’action des complexes. Le nombre de leurs gènes constitutifs, en particulier, demeurait encore très incertain en 1983. Ce n’est que deux ans plus tard que l’école espagnole élucida, par des méthodes purement génétiques et sans recours à la biologie moléculaire, la structure génétique du complexe bithorax15. Les auteurs parvenaient à la conclusion que le complexe devait être composé de trois “groupes de complémentation”, c’est-à-dire trois gènes : Ultrabithorax, abdominal-A et Abdominal-B, ce qui n’était pas en accord avec le modèle de Lewis, qui supposait une relation un gène-un segment. En fait, chacun des gènes caractérisés semblait correspondre à une région de la drosophile, composée de plusieurs segments. Chacune des mutations auxquelles Lewis associait de manière bijective un “gène” pouvait désormais être cartographiée précisément à l’intérieur de l’un des trois gènes véritables.

  • 16 Kaufman (Thomas C.), Seeger (M. A.), Olsen (G.), “Molecular and genetic organisation of the Antenn (...)

17De la même façon, l’équipe de Kaufman démontra en 1989 que le complexe Antennapedia comporte cinq gènes seulement : labial, proboscipedia, Deformed, Sex comb reduced et Antennapedia16. Ainsi, au total, les complexes de gènes homéotiques représentent à eux deux huit gènes, c’est-à-dire moins que la quinzaine de segments de la drosophile.

  • 17 Beachy (Philip A.), Hclfand (Stephen L.), Hogness (David S.), “Segmentai distribution of bithorax (...)
  • 18 Harding (Katherine), Wedeen (Cathy), McGinnis (William), Levine (Michael), “Spatially regulated ex (...)

18Mais d’autres avancées mirent en difficulté le modèle de Lewis. L’une des plus significatives fut l’étude de l’expression spatiale et temporelle des gènes homéotiques. Dès 1984, des protéines produites par les gènes du complexe bithorax furent localisées par la technique d’immunofluorescence chez des embryons sauvages et chez divers mutants17. L’année suivante, l’expression de six des huit gènes homéotiques fut révélée par la méthode d’hybridation in situ18. Le résultat de ces études était que l’expression des gènes homéotiques respectait bien la colinéarité entre l’ordre chromosomique des gènes dans les complexes et l’axe antéro-postérieur de la drosophile, conformément à l’hypothèse de Lewis. Mais c’étaient des régions éventuellement constituées de plusieurs segments qui étaient ainsi délimitées, plutôt que des métamères particuliers.

FIG. 66 - Schéma montrant la structure du complexe bithorax (en haut) et la correspondance entre chacun de ses trois gènes (Ubx, abd-A et Abd-B) et la région du corps de la drosophile dont ils contrôlent l'identité. La position des différentes mutations identifiées précédemment (et auxquelles Lewis associait autant de “gènes") est indiquée. D'après E. Sânchez-Herrero et al.

  • 19 Akam (Michael), Dawson (lain), Tear (Guy), “Homeotic genes and the control of segment diversity”, (...)
  • 20 Castelli-Gair (J.), Akam (Michael), “How the Hox gene Ultrabithorax specifies two different segmen (...)

19Ces données allaient donc conduire, à partir de la fin des années 1980, à une révision du modèle de Lewis, en particulier de la part du biologiste anglais Michael Akam, qui proposa de considérer, au lieu des gènes eux-mêmes, leurs séquences régulatrices ou enhancers19. De cette manière, l’on retrouvait un nombre d’unités régulatrices plus en rapport avec le nombre de segments de la drosophile, étant donné qu’il existe plusieurs de ces enhancers pour un gène homéotique donné. D’ailleurs, la plupart d’entre eux correspondent précisément à ce que Lewis avait appelé des “gènes”. Le mécanisme de contrôle de l’identité de chaque segment est par conséquent beaucoup plus complexe que ne le suggérait Lewis en 1978, et résulte d’un réseau extrêmement fin d’interactions régulatrices. Des travaux récents ont montré qu’un même gène, en l’occurrence Ultrabithorax, peut déterminer l’identité de deux métamères, et que des différences dans les patterns d’expression temporels semblent jouer un rôle déterminant dans la différenciation de ces deux segments l’un par rapport à l’autre20.

20Malgré ces retouches, assez importantes en vérité, le modèle de Lewis demeure actuellement la référence majeure dès qu’il s’agit d’expliquer d’un point de vue ontogénétique l’hétéronomie de la métamérie des insectes et, à bien des égards, ce modèle, complété par les découvertes moléculaires du début des années 1980, représente encore une sorte de paradigme de la génétique du développement.

21Cette persistance d’une idée somme toute fausse dans la communauté des chercheurs (et plus encore dans le discours des enseignants, en France du moins) ne laisse pas de surprendre. Sans doute peut-on y voir la manifestation d’une certaine inertie. Mais il convient également de tenir compte de la remarquable puissance de séduction du modèle de Lewis, qui exerce incontestablement une fascination sur les biologistes. Les ressorts de cet attrait sont multiples et complexes ; parmi eux, figure vraisemblablement la relative simplicité et, partant, la dimension esthétique de la relation bijective entre un gène homéotique et un segment. Par comparaison, l’effroyable complexité des mécanismes de contrôle révélés par les travaux les plus récents apparaît moins exaltante. D’autre part, comme nous le verrons plus loin, le modèle de Lewis s’accorde si bien avec les vieilles conceptions sur l’origine et la diversité des segments des arthropodes (le scénario de Snodgrass par exemple) qu’il est très difficile de s’en détacher.

Les travaux sur la mise en place de la segmentation et la notion de parasegment

22Dans ce domaine aussi, les années 1980 virent une explosion de résultats, moléculaires surtout. Un modèle génétique et moléculaire de l’établissement de la métamérie allait confirmer, unifier et enrichir les hypothèses proposées au cours de la décennie précédente. Deux points essentiels sont à retenir en ce qui concerne la compréhension de la mise en place des parties répétées : d’une part l’élucidation de la cascade d’événements moléculaires qui conduit d’un simple gradient antéro-postérieur à un pattern segmenté ; d’autre part, la définition, dans le cadre de l’hypothèse des compartiments, d’une nouvelle unité répétée, le parasegment.

23Plusieurs nouveaux mutants affectant la polarité antéro-postérieure et la segmentation de la drosophile furent découverts après 1980 par différentes équipes. Les techniques de la biologie moléculaire furent appliquées à chacun d’eux, de sorte que le schéma de Nüsslein-Volhard et Wieschaus, publié en 1980, put être précisé.

  • 21 Nüsslein-Volhard (Christiane), Frohnhöfer (Hans-Georg), Lehmann (Ruth), “Determination of anteropo (...)

24Au sommet de la cascade de régulations ainsi mise en évidence, se trouvent trois systèmes de gènes dits “à effet maternel’’, c’est-à-dire qu’ils s’expriment chez la femelle et que leurs produits sont mis en place dans le futur embryon au cours de la gamétogenèse. Ces trois systèmes sont qualifiés conformément au lieu où ils se manifestent : il existe un système antérieur, un système postérieur et un système terminal (qui agit aux deux extrémités de l’embryon)21. Leur étude a conduit à une avancée remarquable, la découverte de gradients de concentration antéro-postérieurs, couronnant ainsi près d’un siècle d’expériences et de spéculations sur la notion de champ morphogénétique.

  • 22 Frohnhöfer (Hans-Georg), Nüsslein-Volhard (Christiane), “Organization of anterior pattern in the D (...)
  • 23 Berleth (T.), Burri (M.), Thoma (G.), Bopp (D.), Richstein (S.), Frigerio (G.), Noll (M.), Nüsslei (...)
  • 24 Struhl (Gary), Struhl (K.), Macdonald (P. M.), “The Gradient morphogen bicoid is a concentration-d (...)

25En ce qui concerne le système antérieur, les travaux portèrent en premier lieu sur le gène bicoid, décrit en 1986 dans l’équipe de Nüsslein-Volhard22. Les embryons issus de femelles homozygotes pour cette mutation sont dépourvus de structures antérieures, à partir du premier segment abdominal ; par ailleurs, des expériences de transplantations (à partir d’œufs sauvages) montrèrent que l’activité de bicoid se localise au pôle antérieur de l’œuf. Peu après, ce gène fut cloné et ses produits localisés dans l’œuf23. Il apparut ainsi que sa transcription a lieu dans les cellules nourricières de la femelle, puis que l’ARN messager produit est transporté au pôle antérieur de l’ovocyte, où il demeure fixé jusqu’à la fécondation. Il est alors traduit en une protéine bicoid qui se répartit suivant un gradient antéro-postérieur : elle est par conséquent un morphogène, dont la concentration représente une information de position. Comme il s’agit par ailleurs d’une protéine régulant l’expression de certains gènes, des cellules situées à des niveaux différents de l’embryon présentent des taux différents de bicoid et n’expriment donc pas les mêmes gènes. Ainsi se met en place une première différenciation antéro-postérieure de l’organisme24.

  • 25 Schüpbach (Trudi), Wieschaus (Eric), “Maternal-effect mutations altering the anterior-posterior pa (...)

26Le système postérieur, mis en évidence vers la même époque, est beaucoup plus complexe, et fait d’ailleurs l’objet aujourd’hui encore de discussions au sujet de l’importance relative des deux morphogènes qu’il met en jeu, caudal et nanos. Chacune de ces protéines est disposée, à un moment donné de l’ontogenèse, selon un gradient antéropostérieur, mais, au contraire de bicoid, elles présentent un maximum de concentration au pôle postérieur. Il est donc difficile de définir un équivalent postérieur unique de bicoid25. Le système terminal, enfin, comprend entre autres la protéine Torso, récepteur membranaire réparti sur toute la surface de l’œuf mais activé aux extrémités seulement par la protéine Torsolike.

27Ces trois systèmes ne sont pas indépendants et dialoguent entre eux. Ils ont été définis entre 1985 et 1987, c’est-à-dire au cours d’une période très courte, au moyen de méthodes relevant autant de la génétique formelle que de la biologie moléculaire. Le point sur lequel il convient d’insister ici est la confirmation éclatante, allant jusqu’à la visualisation directe, de l’hypothèse des gradients morphogénétiques, défendue notamment par Sander. Ce triomphe est même double, puisque Sander, contre l’avis de certains théoriciens tels que Meinhardt, qui jugeaient un seul gradient suffisant, avait prédit l’existence de deux gradients, l’un postérieur et l’autre antérieur, ce qui s’est révélé exact.

28Mais il ne s’agit là que de la première étape vers l’établissement de la segmentation. Les gènes zygotiques prennent ensuite le relais ; leur expression est contrôlée par les gènes à effet maternel. Leur action est double : certains d’entre eux président à la mise en place d’un pattern répété, c’est-à-dire de la métamérie, alors que d’autres déterminent la différenciation des segments selon leur position par rapport à l’axe antéro-postérieur. Les études moléculaires ont très largement confirmé le modèle hiérarchique proposé en 1980.

  • 26 En plus de Krüppel, knirps et hunchback, déjà décrits en 1980, on a découvert par la suite giant e (...)

29Le niveau qui suit immédiatement celui des gènes maternels est représenté par les gènes dits “lacunaires” (gap genes), qui divisent l'embryon en de grandes régions comprenant plusieurs segments, de sorte que les mutants pour ces gènes sont dépourvus de plusieurs métamères consécutifs26. Les études d’expression indiquent d’ailleurs que les produits de chaque gène lacunaire sont localisés précisément dans la zone qui disparaît en cas de mutation.

  • 27 Ces gènes sont, en plus de hairy, even-skipped, odd-skipped, paired et runt : fushi tarazu, odd-pa (...)
  • 28 Hafen (Ernst), Kuroiva (Atsushi), Gehring (Walter J.), “Spatial distribution of transcripts from t (...)

30Le niveau suivant est celui des gènes de parité segmentaire (pair rule genes), dont les mutations provoquent la disparition d’un segment sur deux27. Ils s’expriment sous la forme de sept bandes (c’est-à-dire moitié moins que de segments), comme l’a montré l’équipe de Gehring en 198428. Il s’agit là d’une première manifestation de l’organisation métamérique, à un stade très précoce de l’embryogenèse auquel aucune structure répétée n’est encore apparue. Ainsi se trouve fondé le concept de pre-pattern cher à Curt Stern.

FIG. 67 - Schéma général de la différenciation antéro-postérieure et de la mise en place de la segmentation chez la drosophile. À gauche, sont représentés les patterns d’expression de gènes des différentes classes : les gènes maternels (bicoid et nanos), les gènes lacunaires ou gap genes (par exemple Krüppel), les gènes de parité segmentaire ou pair rule genes (par exemple even-skipped), les gènes de polarité segmentaire (par exemple engrailed) et les gènes sélecteurs ou homéotiques (par exemple Ultrabithorax). À droite, figurent les interactions régulatrices entre ces gènes. L’on notera l’existence de deux classes de gènes de parité segmentaire. Pour compléter ce schéma, il faudrait représenter les autorégulations qui existent pour la plupart des gènes zygotiques ainsi que les régulations entre gènes de même catégorie.

  • 29 hairy, even-skipped et runt sont les gènes de parité segmentaire primaires ; les autres sont des g (...)

31L’on distingue des gènes de parité segmentaire primaires, dont le rôle dans la mise en place de la segmentation est plus précoce et qui sont contrôlés directement par les gènes lacunaires, et des gènes de parité segmentaire secondaires, qui ne s’expriment qu’en second lieu29. L’expression en bande des gènes de parité segmentaire résulte d’un ensemble de régulations extrêmement fines et complexes qui font intervenir les produits des gènes lacunaires, ainsi que ceux des gènes pair rule eux-mêmes (il y a à la fois des phénomènes d’autorégulation d’un gène par lui-même, ainsi que des régulations entre deux gènes pair rule). Ce système repose sur l’existence de nombreuses séquences régulatrices et fonctionne d’une manière assez étonnante. En effet, l’on pourrait croire a priori, surtout à en croire les modèles théoriques élaborés dans les années 1970, que les sept bandes sont produites ensemble et selon les mêmes modalités ; or, dans le cas des gènes de parité segmentaire primaires, il n’en est rien : l’apparition de chaque bande est contrôlée par une séquence promotrice particulière, fonctionnant indépendamment des autres (une séquence pouvant éventuellement contrôler deux ou trois bandes). Il existe donc des mutations qui, en affectant l’une seulement de ces séquences, provoquent la disparition d’une seule, de deux ou trois bandes, sans modifier les autres.

  • 30 Fused, wingless, cubitus interruptusD, gooseberry, hedgehog et patched, auxquels s’ajoutent engrai (...)

32Les gènes de parité segmentaire, de concert avec les gènes lacunaires, régulent l’expression de deux catégories de gènes : les gènes homéotiques ou sélecteurs, ainsi que les gènes de polarité segmentaire, qui marquent une région déterminée de chaque segment, et dont les produits se disposent par conséquent sur quatorze bandes30. Par exemple, le gène engrailed, comme on pouvait s’y attendre compte tenu de la morphologie des mutants, s’exprime dans la partie postérieure de chaque métamère. Ces gènes de polarité segmentaire agissent ensuite sur des gènes réalisateurs, qui gouvernent l’apparition de motifs répétés sur toute la longueur du corps, par exemple des expansions cuticulaires (les denticules). Les interactions moléculaires qui sont à l’origine de ce pattern commencent à être bien connues.

33Les principales étapes de ce scénario étaient élucidées dès 1988. À cette date, parut un volume spécial de la revue Development consacré à la segmentation. Lorce est de constater que peu de choses ont changé depuis lors dans les conceptions relatives à la métamérie de la drosophile, même si les connaissances sur la nature et le mode d’action exacts des différents gènes impliqués ont continué à progresser régulièrement.

34Il convient de noter le décalage croissant entre la définition morphologique de la métamérie et la segmentation telle qu’elle apparaît lors des études d’expression des gènes. Désormais, le critère décisif dans la détermination du nombre des segments ou de leurs limites est précisément le pattern d’expression des gènes de segmentation, particulièrement des gènes de parité et de polarité segmentaires. Ce critère sera utilisé pour réinterpréter la composition métamérique de la tête des insectes, pour comparer les différentes espèces les unes avec les autres, etc., toujours avec l’idée sous-jacente que l’on dispose maintenant d’un critère objectif pour repérer avec exactitude les segments.

  • 31 Martinez-Arias (Alfonso), Lawrence (Peter A.), “Parasegments and compartments in the Drosophila em (...)

35En réalité, il faudrait parler de parasegment plutôt que de segment. Ce nouveau concept, qui constitue l’innovation la plus importante des deux dernières décennies en ce qui concerne la métamérie, fut défini en 1985 par Alfonso Martinez-Arias et Peter A. Lawrence31. L’on se rappelle que ce dernier, avec Garcia-Bellido et Morata, avait été l’un des champions de la notion de compartiment dans les années 1970, et c’est là le point de départ de la réflexion sur la valeur et la signification ontogénétique des segments. En effet, comme l’avaient déjà montré les études sur le gène engrailed, les compartiments qui se forment dans l’embryon ou les disques imaginaux de la drosophile ne correspondent pas à des métamères mais plutôt à des portions, antérieures et postérieures, de métamères. Or, si la limite entre les compartiments antérieur et postérieur d’un même segment est nette et divise, par exemple, la patte ou l’aile en deux parties bien définies, en revanche la séparation entre deux segments consécutifs est moins précise, au moins en termes de compartimentation cellulaire. Elle est certes plus visible car elle correspond à un sillon ectodermique et cuticulaire aisément repérable, mais elle peut sembler en réalité plus superficielle.

36L’on se trouve donc en présence de deux types d’unités répétées : le segment, unité traditionnelle, définie en premier beu par la morphologie, et le parasegment, qui s’étend sur deux segments consécutifs et dont l’expression morphologique est beaucoup plus discrète, mais qui paraît jouer un rôle important lors du développement, notamment en tant que compartiment polyclonal. Selon Lawrence et Martinez-Arias, les parasegments revêtent une signification plus fondamentale que les segments. En effet, les gènes homéotiques, par exemple, voient leur action s’exercer dans des régions limitées par des frontières de parasegments plutôt que de segments. De même, l’expression des gènes de segmentation respecte l’organisation parasegmentaire de l’embryon (dans l’ectoderme au moins) : Jushi tarazu, par exemple, s’exprime dans les parasegments (et non les segments) pairs.

  • 32 Slack (Jonathan), From Egg to Embryo. Regional Specification in Early Development, 2ème éd., Cambr (...)

37Lawrence et Martinez-Arias s’appuient également sur d’anciennes données morphologiques, qui révèlent l’apparition de sillons ectodermiques peu prononcés et transitoires au niveau des limites de parasegments lors des premiers stades de l’embryogenèse, ainsi que sur l’existence de faits apparemment concordants chez les crustacés. Après quelques réserves, cette idée va s’imposer assez rapidement parmi les spécialistes de la biologie du développement. En 1991, Jonathan Slack affirme que “bien que leur apparence morphologique soit transitoire, les parasegments semblent être les unités fondamentales dans la construction du plan d’organisation”32. L’on peut trouver des phrases du même genre dans la plupart des manuels.

38Si l’unité répétée essentielle est le parasegment, quelle est, dès lors, la signification du segment ? Ce dernier est certes plus visible, mais il n’apparaît qu’après le parasegment. Comme dans le cas de la resegmentation des vertèbres (voir supra), il semble que la morphologie des formes achevées (ou des larves) soit trompeuse et que les traces de la “véritable” métamérie soit révélée par le développement embryonnaire. Il existe cependant une différence importante avec le cas des vertèbres : alors que la segmentation primitive peut être observée dans les embryons de vertébrés (elle est représentée par les somites), les parasegments ont été définis sans rapport (ou presque) avec la morphologie : seule l’analyse génétique, cellulaire ou moléculaire permet d’y avoir accès, et ce n’est que secondairement, et de manière tout à fait marginale, que des considérations anatomiques leur ont été appliquées.

  • 33 En réalité, divers éléments (embryologiques, anatomiques, génétiques, etc.) laissent entrevoir une (...)

39En réalité, si l’on suit la plupart des articles ou des chapitres de manuels consacrés à cette question, les faits se contentent de montrer que la frontière entre deux parasegments (c’est-à-dire une ligne située à un niveau déterminé de chaque segment) joue un rôle important dans l’établissement du pattern métamérique, à la fois parce que les clones de cellules ne la franchissent pas (ce qui fait du parasegment un compartiment), et parce qu’elle se comporte comme un organisateur, contrôlant l’apparition de motifs précis à un endroit déterminé de chaque segment (ou parasegment). Dans le fond, c’est peut-être cette frontière, plutôt que le parasegment lui-même, qui a une signification embryologique forte, et les arguments qui ont conduit à considérer le parasegment comme une unité “plus fondamentale” que le segment paraissent assez ténus, surtout lorsqu’on sait que le développement de la drosophile semble être à bien des égards un cas particulier au sein des arthropodes ; l’on peut légitimement s’interroger, dès lors, sur les raisons qui ont poussé les chercheurs à accepter aussi facilement cette opinion33. Il n’est pas impossible que, face à un concept tel que le métamère, relevant de la morphologie, discipline relativement discréditée aux yeux des généticiens et des spécialistes de biologie moléculaire, le parasegment soit apparu comme plus attrayant puisqu’il échappe précisément à la morphologie et n’a d’existence qu’au regard des données génétiques, cellulaires et moléculaires.

40Au total, les deux dernières décennies ont été beaucoup moins riches que la période précédente en innovations conceptuelles, en ce qui concerne les aspects embryologiques de la métamérie. Cette relative pauvreté a été compensée par un apport considérable de résultats, moléculaires surtout, qui ont permis d’asseoir sur des bases factuelles apparemment assez solides les hypothèses émises auparavant, en particulier les modèles de Nüsslein-Volhard et Wieschaus et de Lewis, ainsi que les notions de gradient morphogénétique, de pre-pattern, de compartiment, de gènes sélecteurs, etc.

41La puissance de l’outil moléculaire, en particulier des techniques de localisation des produits de gènes, a contribué à accréditer l’idée que les études d’expression et, dans une moindre mesure, les études fonctionnelles, donnent véritablement accès aux fondements des mécanismes du développement, et constituent autant d’expériences cruciales dont les résultats permettent de répondre objectivement aux questions posées en vain par la morphologie, voire de remettre en cause l’interprétation traditionnelle des données recueillies par cette dernière. Nous en avons eu un exemple avec la définition des parasegments. Nous en verrons d’autres à propos des considérations sur l’évolution de la métamérie.

42L’on peut noter en tout cas que, malgré les incontestables progrès des connaissances relatives à la mise en place et la différenciation des métamères de la drosophile, certaines conceptions anciennes conservent une grande vitalité dans la pensée des biologistes du développement. L’une de ces idées est celle de la métamérie hétéronome conçue comme un ensemble de variations autour d’un thème, ou comme un antagonisme de “forces” (représentées ici par des gènes) tendant, pour les unes, à multiplier les parties répétées, et pour les autres à différencier ces parties, conformément au schéma proposé par Owen à propos de l’archétype vertébré et de ses diverses réalisations. Une autre réminiscence concerne la notion de récapitulation. Lewis lui-même l’a invoquée au sujet de son modèle, et elle est toujours présente, plus ou moins explicitement, dans les travaux entrepris autour de ce modèle : un segment donné correspond en effet à un certain degré de différenciation et d’évolution, en fonction du nombre de gènes homéotiques qui s’y expriment au cours du développement. Les différents métamères peuvent donc être considérés comme plus ou moins “primitifs”, et il serait possible de les classer sur une échelle en fonction de ce critère. Enfin, une idée forte de la morphologie idéaliste et transformiste, au regard de la répétition des parties, transparaît dans les études concernant les gènes de développement : il s’agit de l'unité du monde animal et en particulier de l’image d’un “archétype” segmenté, pour lequel on a proposé une nouvelle dénomination : le zootype.

L’universalité des mécanismes génétiques du développement et le zootype segmenté

43L’importance de ces découvertes, du point de vue des sciences de l’évolution, apparut immédiatement, d’abord parce que la structure des complexes de gènes homéotiques et leur lien apparent avec la segmentation de la drosophile avaient déjà été interprétés en des termes évolutifs par Lewis au cours de la période précédente, ensuite parce que les techniques de génétique moléculaires, appliquées à d’autres espèces, permirent rapidement d’effectuer des comparaisons entre différentes espèces. La mise en évidence d’une similitude structurale entre les gènes homéotiques de la drosophile allait dans le sens de l’hypothèse de Lewis selon laquelle les gènes des complexes Antennapedia et bithorax résulteraient de duplications successives à partir d’un même gène ancestral. L’ensemble de son modèle rendant compte de l’acquisition d’une métamérie hétéronome chez les insectes au cours de l’évolution s’est donc trouvé considérablement renforcé, dans un premier temps du moins, par la simple existence de l’homéoboîte. Michael Akam expose cette version moléculaire du modèle de Lewis en recourant, non à la loi de récapitulation, mais à celle de von Baer :

  • 34 Akam (Michael), Dawson (Iain), Tear (Guy), “Homeotic genes and the control of segment diversity”, (...)

Premièrement, nous suivons Lewis dans sa supposition selon laquelle l’évolution de la famille des gènes homéotiques est parallèle à l’évolution de la diversité des segments dans la lignée arthropodes-insectes, et la dirige à un certain degré. Deuxièmement, nous suggérons, dans ce qui est essentiellement une version moléculaire de la loi de von Baer, que les patterns d’expression des gènes visibles au cours du développement précoce (ou plus exactement au stade phylotypique le plus précoce), représentent probablement des rôles phylogénétiquement anciens pour ces gènes. Inversement, les patterns d’expression qui apparaissent pour la première fois au cours du développement tardif représentent plus probablement des usages récents des gènes.34

44Il se pose de ce point de vue phylogénétique le même problème qu’à propos de l’ontogenèse : le nombre relativement petit des gènes homéotiques est incapable de rendre compte, dans le cadre strict du modèle de 1978, de la diversité des segments des insectes. Dans un premier temps, Akam tenta de résoudre cette question en invoquant l’argument déjà cité plus haut, à savoir qu’il conviendrait de substituer au gène la notion d’unité de régulation, ce qui permettrait à un même gène homéotique de contrôler la différenciation de plusieurs segments au cours de l’évolution par la simple diversification de ses séquences promotrices.

FIG. 68 - Schéma montrant l’évolution des Insectes à partir d’un ancêtre à métamérie homonome, par duplications et différenciation des gènes homéotiques. Il s’agit d'une adaptation du modèle de Lewis. L’on notera la correspondance étroite établie par les auteurs entre la structure segmentaire du corps et le nombre de gènes des complexes, correspondance largement remise en cause par les travaux réalisés ces dix dernières années. D'après Akam et al.

  • 35 Grenier (Jennifer K.), Garber (Theodore L), Warren (Robert), Whitington (Paul M.), Carroll (Sean), (...)
  • 36 Akam (Michael), Averof (Michails), Castelli-Gair (James), Dawes (Rachel), Faleiani (Francesco), Fe (...)

45Mais la difficulté se révéla plus grave lorsque, en comparant chez divers arthropodes et chez des groupes apparentés (les onychophores notamment) les complexes de gènes homéotiques, l’on découvrit que ces derniers devaient déjà être fort différenciés à l’époque de l’hypothétique ancêtre de type myriapode35. De ce fait, à l’heure actuelle, Akam, et avec lui de nombreux biologistes, semblent douter de plus en plus de la validité du modèle de Lewis et surtout du scénario de Snodgrass qui l’avait inspiré36. Malgré tout, ces derniers conservent une influence incontestable sur les esprits, témoin de la puissance du thème de la métamérie. L’on retrouve donc ici le phénomène évoqué plus haut à propos de la dimension ontogénétique du modèle de Lewis, savoir la persistance de schémas accordant aux parties répétées une signification forte.

46Mais c’est surtout la comparaison des gènes homéotiques et de leur expression entre les divers phylums qui a engendré le plus de découvertes “sensationnelles”, ou du moins présentées comme telles. La plupart des questions classiques relatives aux homologies entre organes, quelles soient sériées ou spéciales, ont été réexaminées à la lumière de ces nouveaux arguments que sont la comparaison des gènes de développement, de leur expression et de leur mode d’action. Nous présenterons ici les grandes lignes de ces travaux, qui ont conduit à une version moderne de l’“archétype” segmenté, ancêtre commun supposé des animaux à trois feuillets. Nous réserverons la section suivante à l’examen de points particuliers, concernant plus spécifiquement l’homologie sériée.

  • 37 McGinnis (William), Garber (Richard L.), Wirz (Johannes), Kuroiwa (Atsushi), Gehring (Walter J.), (...)
  • 38 L’on trouvera plus tard des homéoboîtes (et même des complexes de gènes homéotiques) chez le némat (...)
  • 39 Carrasco (Andrés E.), McGinnis (William), Gehring (Walter J.), De Robertis (Eddy), “Cloning of anX (...)
  • 40 McGinnis (William), Hart (C. P.), Gehring (Walter J.), Ruddle (Frank H.), “Molecular cloning and c (...)

47L’homéoboîte n’était pas plus tôt découverte chez la drosophile que l’on se rendit compte de sa présence dans différentes espèces appartenant à plusieurs phylums. Ainsi, dès 1984, l’équipe de Gehring put mettre en évidence l’existence de séquences très proches de celles des homéoboîtes d’Antennapedia ou d’Ultrabithorax, non seulement chez des insectes tels que le coléoptère Tenebrio molitor, mais aussi chez le ver de terre, le poulet, la souris et l’homme37. En revanche, rien de semblable n’apparut, dans un premier temps, chez la bactérie Escherichia coli, la levure, le nématode ou l’oursin38. Une étude plus approfondie, entreprise chez le xénope (un batracien anoure), aboutit au clonage d’un gène contenant une homéoboîte39. La similitude était plus grande entre cette homéoboîte de xénope et celle d’Antennapedia de la drosophile qu’entre les homéoboîtes d’Antennapedia et d’Ultrabithorax. Ce gène de xénope, nommé AC1, s’exprimait au cours de l’embryogenèse, dès la fin de la gastrulation : il avait donc toutes les chances d’être un gène de développement. La même année, l’équipe de Gehring clona le premier gène à homéoboîte de souris40 ; le même résultat fut obtenu peu après chez l’homme.

  • 41 McGinnis (William) et al, “A Homologous protein-coding sequence...”, art. cit.
  • 42 Ces chercheurs seront bientôt détrompés par la découverte d'équivalents des gènes homéotiques de d (...)

48Cette série de découvertes suscita immédiatement le plus vif enthousiasme dans la communauté des biologistes. L’universalité de l’homéoboîte laissait apparaître l’intérêt de son étude d’un point de vue phylogénétique : “Si l’homéodomaine est impliqué spécifiquement dans la formation des patterns, les versions qui en seront trouvées dans les différentes branches de l’arbre évolutif pourraient répandre une lumière nouvelle sur la phylogenèse du règne animal.”41 Une première application de ce principe concernait la métamérie : constatant que seuls les organismes segmentés (annélides, arthropodes et vertébrés) semblaient posséder des gènes à homéoboîte, l’équipe de Gehring émit l’hypothèse d’une corrélation entre la présence de ces derniers et l’organisation métamérique42.

  • 43 Slack (Jonathan), “A Rosetta stone for pattern formation in animais ?”, Nature, vol. 310, 1984, pp (...)

49L’embryologiste britannique Jonathan Slack parlait, à propos de l’homéoboîte, de la “pierre de Rosette de la formation des patterns des animaux”43. Il s’étonnait pour sa part que l’on n’eût pas trouvé d’homéoboîte chez le nématode ou l’oursin : en effet, il notait que, parmi les gènes à homéoboîte découverts chez la drosophile, seul fushi tarazu intervient véritablement dans la segmentation ; les autres (donc les gènes homéotiques proprement dits) sont responsables, non pas de la segmentation, mais de la différenciation antéro-postérieure de l’animal. Or, le nématode et l’oursin (au stade larvaire en ce qui concerne ce dernier) possèdent un axe antéro-postérieur : l’on aurait pu donc s’attendre à trouver chez ces animaux des équivalents des gènes homéotiques de la drosophile. Slack déclarait en tout cas attendre avec impatience les études d’expression d’ACl chez le xénope : en effet, si l’on découvrait des patterns d’expression semblables à ceux qui ont été mis en évidence chez la drosophile, cela signifierait qu’il existe “une profonde unité dans la formation des pattern s” malgré la grande diversité apparente des modes de développement. Cet avis était partagé par Gehring :

  • 44 Gehring (Walter J.), “The Homeo box : a key to the understanding of development ?”, Cell, vol. 40, (...)

Le haut de degré de conservation entre les homéoboîtes de la drosophile, des grenouilles, des souris et de l’homme est surprenant car les invertébrés et les vertébrés sont supposés avoir divergé il y a plus de 500 millions d’années. Cela suggère que l’homéodomaine remplit une importante fonction qui a été hautement conservée au cours de l’évolution, et que les mécanismes de base du développement pourraient être plus universels qu’on ne le pensait auparavant.44

  • 45 Beeman (Richard W.), “A Homoeotic gene cluster in the red Hour beetle”, Nature, vol. 327, 1987, pp (...)

50Les espoirs ainsi suscités allèrent en s’amplifiant à la fin des années 1980 avec la découverte de similitudes interspécifiques, non plus à l’échelle des seuls gènes, mais des complexes tout entiers. En 1987, Richard Beeman mit en évidence l’existence d’un complexe de gènes homéotiques chez le coléoptère Tribolium castaneum45. Comme chez la drosophile, les gènes étaient ordonnés au sein du complexe conformément à leur domaine d’expression le long du corps de l’animal. Or, l’analyse moléculaire révéla que ce complexe regroupait des gènes homologues à ceux des complexes Antennapedia et bithorax, qui se trouvaient donc juxtaposés. Beeman décida d’appeler ce “complexe total” HOM-C. L’on montra par la suite que celte situation est quasi générale : il n’y a donc fondamentalement qu’un seul complexe, qui s’est secondairement scindé en deux chez certains diptères, dont la drosophile.

  • 46 Bachiller (Daniel), Macias (A.), Duboule (Denis), Morata (Ginés), “Conservation of a functional hi (...)

51Des complexes de gènes homéotiques homologues furent ainsi mis en évidence chez de nombreux organismes, en particulier chez les vertébrés. L’on montra même que les mammifères sont dotés de quatre de ces complexes (appelés Hox chez la souris et HOX chez l’homme) : il y a donc eu dans ce groupe plusieurs duplications de l’ensemble du complexe initial. En outre, la similitude s’étend aux domaines d’expression des différents gènes d’un complexe donné : la règle de colinéarité est par conséquent vérifiée chez les mammifères comme chez les insectes46.

  • 47 En réalité, le rôle des gènes Hox est encore plus général. L’on a découvert en effet que les gènes(...)

52Les études de mutations survenant dans le système Hox se sont multipliées, notamment grâce à la technique des souris “knockout”, qui permet d’obtenir des individus dépourvus d’un gène Hox donné. L’on a observé ainsi des malformations diverses, affectant les vertèbres ou le système nerveux, mais qui ont en commun de perturber la régionalisation de l’axe antéro-postérieur : par exemple la transformation de la première vertèbre lombaire en une vertèbre dorsale, des disparitions de nerfs crâniens, etc. Les gènes Hox des mammifères, comme leurs homologues chez les insectes, jouent donc un rôle équivalent lors du développement, en contrôlant la différenciation de l’axe principal du corps plutôt que l’identité propre de chaque segment47.

FIG. 69 - Colinéarité de l’arrangement des gènes homéotiques sur le chromosome et de leur expression le long de I axe antero-posterieur du corps chez la drosophile et l’embryon de souris. souris.

  • 48 En réalité, l’expression de “stade phylotypique” avait été introduit par Klaus Sander depuis envir (...)

53Cette conformité générale dans la structure, l’expression et le rôle des gènes homéotiques entre les insectes et les mammifères a naturellement conduit les chercheurs à insister sur 1 unité inattendue du monde animal en ce qui concerne les mécanismes du développement. Cette idée s’est répandue dès le milieu des années 1980 et a culminé avec la parution en 1993 d’un article de Slack, Holland et Graham introduisant les notions de zootype et de stade phylotypique48. Laissons ces auteurs définir eux-mêmes ces termes :

  • 49 Slack (Jonathan M.), Holland (P. W. H.), Graham (F. C), “The Zootype and the phylotypic stage”, Na (...)

Nous suggérons que l’animal est un organisme qui présente un pattern spatial particulier d’expression des gènes, et nous définissons ce pattern comme le zootype. Le zootype est exprimé le plus clairement à un stade particulier du développement embryonnaire : le stade phylotypique de chaque taxon individuel. Ainsi, le stade phylotypique est d’une importance capitale non seulement dans la définition des plans d’organisation individuels, mais aussi pour établir des rapports entre ces plans d’organisation dans le règne animal tout entier. Nous croyons que l’application de ces concepts de zootype et de stade phylotypique établira un nouveau programme de recherche en phylogenèse animale. [...] Puisqu’il semble bien qu’un système de patterns d’expression de gènes, comprenant les gènes du type du groupe Hox et quelques autres, codent des positions relatives chez tous les animaux, il est probable que ce système est très ancien et qu’il était en place chez l’ancêtre commun de tous les animaux actuels. Nous suggérons que ce caractère soit adopté comme caractère de définition, ou synapomorphie du règne animal. Nous proposons qu’il soit appelé le zootype.49

FIG 70 - Le zootype (au centre), dans lequel sont représentés les domaines d’expression de differents genes (dont les gènes Hox), redessiné d’après Slack. Autour, figurent les stades phylotypiques de plusieurs espèces animales, avec (en noir) le domaine d’expression de l’un des genes du zootype, Ultrabithorax (Ubx).

54Selon Slack et ses collaborateurs, le zootype permet donc de faire “des prédictions vérifiables sur des problèmes phylogénétiques”. Ils inaugurent par ailleurs une nouvelle “mode” consistant à faire référence aux vieilles conceptions du XIXème siècle relatives à l’archétype, et tout particulièrement aux théories de Geoffroy Saint-Hilaire, qui est ici explicitement cité. Si les stades les plus précoces, comme les plus tardifs, de l’ontogenèse animale sont soumis aux plus grandes variations adaptatives au sein même de chaque phylum, le stade phylotypique, intermédiaire, est celui au cours duquel le zootype se manifeste le plus clairement, ce que Duboule représente schématiquement au moyen d’un “sablier” (phylogenetic egg-timer ou hourglass) désormais célèbre, comme si l’animal, susceptible de subir les variations adaptatives les plus diverses au début et à la fin de son ontogenèse, devait passer par un goulet d’étranglement au cours duquel des contraintes mécaniques s’imposaient à lui de manière plus pressante.

FIG. 71 - Représentation du stade phylotypique d’après Duboule : les premiers stades du développement sont soumis a une variation adaptative importante, de même que les stades tardifs. Mais il existe un stade mtermedia're au cours duquel les contraintes liées à l’utilisation de certains mécanismes de développephylum °nt ^ 8βΠθε ^'mp0Sent Une forme Particulière· Peu variable entre les différentes espèces d’un

  • 50 Duboule (Denis), “Temporal colinearity and the phylotypic progression : a basis for the stability (...)
  • 51 Hervé Le Guyader parle, à propos de la périodicité temporelle de certains événements développement (...)
  • 52 Duboule (Denis), “Temporal colinearity and the phylotypic progression...”, art. cit., p. 138.

55Duboule établit par ailleurs un certain nombre de règles d’expression des gènes Hox communes à tous les organismes. Il insiste par exemple sur le fait qu’en plus de la colinéarité spatiale, il semble exister une “colinéarité temporelle” de l’expression des gènes Hox et de leur arrangement sur le chromosome, les gènes “antérieurs” étant exprimés avant les gènes “postérieurs”50. Cette colinéarité temporelle serait tout aussi universelle que la colinéarité spatiale, qui n’en serait dans le fond qu’une conséquence ; l’évolution pourrait ainsi procéder par des modifications intervenant dans ce pattern temporel (c’est-à-dire par hétérochronie) et modifiant en conséquence le développement51. Une autre règle à valeur générale énoncée par Duboule est celle de la “prévalence postérieure”, selon laquelle “un gène Hox donné exerce sa fonction essentiellement dans le domaine où ce gène est le plus postérieur des gènes Hox exprimés”52.

  • 53 Ferguson (Edwin L.), “Conservation of dorso-ventral patterning in arthropods and chordates”, Curre (...)

56D’autres découvertes vont accréditer l’idée d’une unité de plan des animaux et donner plus de poids à cette comparaison étonnante entre les conceptions de la génétique du développement actuelle et celles de la morphologie idéaliste. L’une des données les plus spectaculaires, après la similitude d’expression des gènes homéotiques, est la remarquable conformité des systèmes d’établissement de l’axe dorso-ventral chez les mammifères et les insectes : on constate ainsi que des gènes homologues ont un rôle “dorsalisant” chez le xénope et “ventralisant” chez la drosophile, et vice versa, ce qui a conduit certains auteurs à supposer une homologie entre la face dorsale des arthropodes et la face ventrale des vertébrés (ou l’inverse) : autrement dit, l’un de ces groupes aurait subi une inversion de sa polarité dorso-ventrale au cours de l’évolution, par rapport à un ancêtre commun qui possédait déjà une telle polarité, conformément aux hypothèses de Dohrn53.

  • 54 Arendt (Detlev), Nübler-Jung (Katharina), “Comparison of early nerve cord development in insects a (...)

57Plus récemment, l’on a mis en évidence un ensemble de concordances dans le mode de formation et la régionalisation du système nerveux des insectes et des vertébrés, à la fois d’un point de vue morphologique et histologique et au niveau moléculaire54. En particulier, il a été démontré qu’à un certain stade du développement les futurs neurones sont distribués selon trois colonnes longitudinales des deux côtés de la ligne médiane du système nerveux central, chez le xénope comme chez la drosophile, et que chacune des colonnes voit sa spécificité déterminée par des gènes homologues. D’autres mécanismes, comme ceux de la régionalisation antéro-postérieure (notamment le rôle des gènes Hox et d’orthodenticle), sont eux aussi remarquablement conservés.

  • 55 Haider (Georg), Callaerts (Patrick), Gehring (Walter J.), “Induction of ectopic eyes by targeted e (...)
  • 56 Gehring (Walter J.), “The Master control gene for morphogenesis and evolution of the eye”, Genes t (...)
  • 57 Deutsch (JeanX Le Guyader (Hervé), “Le Fond de l’oeil : l’oeil de la drosophile est-il homologue d (...)

58Diverses autres similitudes dans le contrôle génétique du développement de certains organes ont été relevées au cours de la dernière décennie. La plus médiatique a été celle qui concerne les yeux : à la suite de la découverte d’une homologie entre deux gènes déterminant la morphogenèse de l’œil respectivement chez la souris (Pax-6) et la drosophile (eyeless), une expérience a été réalisée, au cours de laquelle on est parvenu à introduire Pax-6 dans le génome d’une drosophile et à le faire s’exprimer en divers endroits ; on a réussi de cette manière à faire apparaître des yeux surnuméraires (de drosophile) sur les pattes, les antennes, etc.55 À la suite de ces résultats spectaculaires, de nombreux auteurs, à commencer par Gehring lui-même, ont cru à une réelle homologie des yeux d’insectes et de mammifères et ont parlé, en totale contradiction avec les données de la morphologie classique, d’un “prototype d’œil” dont dériveraient les organes actuels des arthropodes, des vertébrés, et probablement de la plupart des phylums animaux56 ; cela a été contesté aussitôt57.

  • 58 C’est le gène Distalless qui est au centre de ces spéculations, puisqu’il s’exprime à l’extrémité (...)
  • 59 C’est le gène tinman de la drosophile (et ses équivalents dans les autres espèces) qui est ici en (...)

59De même, des gènes homologues semblent jouer des rôles équivalents lors de la formation des membres ou appendices chez les arthropodes, les annélides, les onychophores et les vertébrés58. Enfin, l’expression de gènes homologues dans le cœur de la drosophile et de la souris a donné à penser que ces organes sont eux-mêmes homologues59.

  • 60 Shankland (Marty), “Leech segmentation : a molecular perspective”, BioEssays, vol. XVI, 1994, pp.  (...)
  • 61 Holland (Linda Z.), Kene (Mamata), Williams (Nie A.), Holland (Nicholas D.), “Sequence and embryon (...)

60Toutes ces données, et d’autres encore, ont permis l’émergence du concept d’Urbilateria, ancêtre de tous les animaux triploblastiques à symétrie bilatérale (c’est-à-dire de tous les animaux à l’exception des éponges, des cnidaires, des cténaires et de quelques espèces telles que Trichoplax), dont divers auteurs ont tenté d’énumérer les caractéristiques en s’aidant des similitudes existant entre les mécanismes génétiques du développement des vertébrés et des arthropodes (ainsi qu’éventuellement d’autres groupes). Cet Urbilateria aurait ainsi été doté d’une polarité dorso-ventrale, d’un système nerveux déjà assez bien différencié et régionalisé, d’appendices, d’un système circulatoire et, sinon d’yeux, du moins d’organes photorécepteurs. Quant à sa métamérie, elle a fait l’objet de discussions assez nombreuses depuis les années 1990. Les études les plus approfondies à ce propos ont été entreprises sur le gène engrailed, dont nous avons vu le rôle dans la cascade des gènes de segmentation chez la drosophile. Dès 1988, on a commencé à rechercher des homologues d'engrailed chez différentes espèces. Ces travaux ont porté leurs fruits dans tous les groupes étudiés. En revanche, si les patterns d’expression observés respectaient bien la métamérie de l’animal dans le cas des arthropodes, cela ne semblait pas être le cas chez les annélides et les vertébrés, ce qui a conduit à penser que le rôle primitif d’engrailed n’avait rien à voir avec la segmentation (mais peut-être avec la régionalisation du système nerveux). L’on a cependant montré par la suite qu’il s’exprime de manière segmentée aussi chez les vertébrés, la sangsue et même certains mollusques60. Le cas des vertébrés pose cependant un problème dans la mesure où engrailed ne s’exprime qu’après l’apparition d’une segmentation morphologique, et ne joue donc aucun rôle dans la mise en place de cette dernière. Par la suite, la découverte d’un pattern d’expression segmenté chez l’amphioxus (en tout cas dans la partie antérieure de cet animal), précédant l’apparition d’une segmentation morphologique, a relancé le débat et constitue actuellement l’un des arguments majeurs en faveur d’une segmentation de 1’Urbilateria, c’est-à-dire d’une homologie entre la métamérie des arthropodes et celle des vertébrés61.

  • 62 Palmeirin (Isabel), Henrique (Domingos), Ish-Horowicz (David), Pourquié (Olivier), “Avian hairy ge (...)

61L’autre argument concerne un gène de parité segmentaire de la drosophile, hairy, et ses homologues dans les autres espèces. On a montré en effet que ces gènes ont des patterns d’expression tout à fait comparables dans les différents groupes d’arthropodes, ainsi que chez les vertébrés : des travaux récents ont révélé une périodicité spatio-temporelle de l’expression de l’équivalent de hairy lors de la formation des somites des vertébrés62. En outre, De Robertis note la “similitude” entre la resegmentation des vertébrés et les parasegments des insectes : “Il semble improbable, dit-il, qu’un moyen aussi compliqué de fabriquer des métamères soit apparu deux fois indépendamment au cours de l’évolution.”

  • 63 Kimmel (Charles B.), “Was Urbilateria segmented ?”, Trends in Genetics, vol. XII, 1996, pp. 329-33 (...)

62Ces résultats ont ainsi conduit de nombreux auteurs à la conclusion que l'Urbilateria était probablement segmenté63. L’on a même hasardé des représentations, dotées de toutes les caractéristiques énumérées précédemment (yeux, appendices ou antennes, cœur, segmentation, etc.).

FIG. 72 - Comparaison de la vision “classique” de \’Urbilateria, simple et peu différenciée, avec la vision “plus sophistiquée” qui est “suggérée par les arguments génétiques", d'après Pennisi et Roush.

63La comparaison des gènes du développement, en particulier des gènes homéotiques et des gènes de segmentation, et de la manière dont ils s’expriment dans l’espace et dans le temps semble donc constituer un argument majeur, voire décisif aux yeux de nombreux biologistes, dans la reconstitution des scénarios évolutifs, l’établissement de liens d’homologie et, plus généralement, dans l’interprétation phylogénétique de la morphologie des organismes. Le problème de l’origine de la métamérie n’a pas échappé à cette révision optimiste, et beaucoup envisagent actuellement, sur la base de similitudes génétiques, que la segmentation des arthropodes et celle des vertébrés puissent être homologues, ce qui rejoint les conceptions de Dohrn, pourtant minoritaires durant la majeure partie du XXème siècle.

64Le résultat de tous ces travaux de génétique moléculaire est donc la réminiscence d’une vieille image, celle de l’archétype segmenté, qui témoigne donc une fois de plus de la forte puissance évocatrice du thème de la répétition. Il s’agit cependant là d’un cas extrême, et si les arguments moléculaires ont parfois été appliqués avec un certain manque de discernement, il est vrai également que de nombreuses questions plus ponctuelles relatives à la métamérie ont pu être ainsi réexaminées avec grand profit au cours de ces dernières années. Nous nous proposons maintenant d’en détailler quelques-unes.

L’expression des gènes de développement et l’homologie sériée

  • 64 Meyerowitz (Elliot M.), Smyth (D. R.), Bowman (J. L.), “Abnormal Bowers and pattern formation in f (...)

65En même temps que Geoffroy Saint-Hilaire, Goethe a fait une apparition remarquée et a priori surprenante, depuis les années 1990, dans les bibliographies de certains articles de biologie moléculaire. C’est de la métamorphose des plantes et de la nature des pièces florales qu’il est question cette fois. En effet, les données génétiques et moléculaires récentes sur le développement ont, semble-t-il, confirmé l’hypothèse d’une identité fondamentale des organes floraux. Ces études, réalisées pour l’essentiel chez la petite crucifère Arabidopsis thaliana et le muflier Antirrhinum majus, ont porté sur certaines mutations homéotiques de ces végétaux provoquant le remplacement de certaines pièces florales par d’autres64.

66L’observation de ces monstruosités a conduit à l’élaboration d’un modèle, comparable à celui de Lewis, postulant l’existence de trois voies de développement correspondant à autant de gènes : la voie A, spécifiant la formation des sépales, la voie C, déterminant la différenciation des carpelles, et la voie B, qui agirait en association avec A et C pour mener à bien la formation, respectivement, des pétales et des étamines.

  • 65 Par ailleurs, la caractérisation moléculaire des gènes impliqués ici a montré qu’il s’agit de gène (...)

67Ce modèle a été testé de deux manières, tout d’abord par des méthodes de génétique classique, à savoir l’observation de doubles et de triples mutants, puis par des techniques moléculaires : l’identification des gènes correspondant aux différentes mutations, leur clonage, leur séquençage et l’étude de leur expression. Dans tous les cas, les données obtenues sont conformes aux prédictions déduites du modèle65. En particulier, le triple mutant possède des feuilles à la place de toutes les pièces florales, ce qui irait dans le sens d’une nature primitivement foliaire de ces organes. Il semble donc que l’action de gènes homéotiques, en s’exerçant sur des parties répétées primitivement identiques (les ébauches des pièces florales), conduit à la différenciation de ces dernières en organes de formes et de fonctions distinctes. Ainsi s’explique la référence (discutable en fait) à la théorie de la métamorphose des plantes de Goethe.

Tableau 16 - Phénotype de quelques mutants homéotiques chez Arabidopsis et Antirrhinum, d’après Gantet et Therre.

Tableau 16 - Phénotype de quelques mutants homéotiques chez Arabidopsis et Antirrhinum, d’après Gantet et Therre.
  • 66 Rogers (Bryan T.), Kaufman (Thomas C), “Structure of the insect head as revealed by the EN protein (...)

68Un autre exemple d’utilisation des données moléculaires dans l’interprétation d’une structure anatomique est celui de la tête des insectes. L’on a ainsi étudié précisément l’expression des gènes de segmentation, engrailed et wingless surtout, dans cette partie du corps, d’abord chez la drosophile, puis chez différents ordres d’insectes66. L’on est parvenu à la conclusion que six métamères composent primitivement la tète des insectes, ce que la morphologie n’était jamais parvenue à démontrer avec certitude.

FIG 73 - Modèle de la détermination de l’identité des organes floraux, d’après Gilbert : dans les individus sauvages, les sépales sont produits par action de la voie A, les carpelles par la voie C, les pétales par l’action simultanée des voies A et B, et les étamines par l’action simultanée des voies B et C. Les mutants correspondent à la perte de l’une ou l'autre des voies. Étant donné que les voies A et C sont supposées antagonistes, si l’une des deux disparaît, elle est remplacée par l'autre. Le triple mutant ne produit que des feuilles. Le mutant double ac peut produire des pétales ou des étamines.

  • 67 Damen (Win G. M.), Hausdorf (Monika), Seyfarth (Ernst-August), Tautz (Diethard), “A Conserved mode (...)

69De la même manière, la correspondance entre les segments céphaliques des différents groupes d’arthropodes a pu être établie sur des bases plus solides que ne le permettaient les données anatomiques et embryologiques. Ainsi, en comparant les limites d expression de plusieurs gènes de développement de la tête, il a été possible de déterminer avec précision les rapports entre les segments des insectes et ceux des arachnides67. Cet exemple démontre bien que, utilisés avec circonspection, les arguments moléculaires sont effectivement susceptibles d’apporter des réponses à des questions classiques, à condition de recourir à de nombreuses données et de vérifier scrupuleusement la manière dont elles se recoupent.

70Mais c’est surtout le cas de la tête des vertébrés que nous développerons ici. Comme nous l’avons indiqué, au XIXème siècle, c’est le squelette céphalique, et en particulier le crâne, qui avait été utilisé en premier lieu pour tenter de comprendre la segmentation de la tête, dans le cadre de la théorie vertébrale. Puis, après la chute de cette dernière, l’on s’était intéressé à d’autres structures : les somites, les arcs viscéraux, les nerfs crâniens, etc. L’organisation de l’encéphale, en revanche, n’avait guère été invoquée dans cette perspective. Pourtant, depuis von Baer au moins, l’on savait que le cerveau, à un stade relativement précoce de son développement, présente des traces de segmentation. Cette organisation transitoire, peu prononcée il est vrai, fut décrite d’une manière très précise à l’extrême fin du XIXème siècle, et les renflements du tube nerveux observés dans la régionalisation du corps furent appelés des “neuromères”.

71Il faut distinguer en réalité deux niveaux de “segmentation”. Tout d’abord, le tube nerveux antérieur présente un stade à trois vésicules (prosencéphale, mésencéphale et rhombencéphale). Puis, le prosencéphale se divise en un télencéphale et un diencéphale, alors que le rhombencéphale produit deux autres vésicules, le métencéphale et le myélencéphale, ce qui porte le total à cinq. Le second niveau de segmentation concerne uniquement la zone du rhombencéphale, c’est-à-dire du cerveau postérieur. Il apparaît en effet de manière transitoire une succession de renflements plus petits et plus réguliers, appelés “rhombomères”.

  • 68 Neal (Herbert V.), “Neuromeres and metameres”, Journal of Morphology, vol. 31, 1918, pp. 293-315.

72Naturellement, il est fait mention de l’existence de ces neuromères dans les nombreuses études sur la métamérie céphalique parues au tournant du siècle, mais toujours de manière secondaire, et la grande majorité des auteurs préfère s’appuyer sur le squelette viscéral, les somites et les nerfs crâniens pour tenter de reconnaître des segments. Même parmi les partisans les plus convaincus de la métamérie de la tête, la prudence est de mise en ce qui concerne la signification des neuromères. Herbert V. Neal, par exemple, estime que la segmentation primitive de la tête n’apparaît véritablement que dans la division du mésoderme en somites ; les neuromères, au contraire, ne représentent qu’une acquisition secondaire68.

  • 69 Lumsden (Andrew), “The Cellular basis of segmentation in the developing hindbrain”, Trends in Neur (...)
  • 70 Wilkinson (David G.), Krumlauf (Robb), “Molecular approaches to the segmentation of the hindbrain” (...)

73Cette question va rester à ce stade, sans argument réellement nouveau, jusqu’à la fin des années 1980. Les éludes cellulaires et moléculaires vont raviver le débat à partir de cette époque, en révélant l’existence de compartiments cellulaires et de patterns d’expression génétique segmentés. L’on va montrer ainsi que les cellules de deux rhombomères voisins ne se mélangent pas, ce qui rappelle les observations réalisées chez la drosophile. Par ailleurs, des expériences de marquage cellulaire permettent de s’assurer que, bien que transitoires, les rhombomères ont chacun un destin bien défini69. Enfin, l’identification de gènes intervenant dans le développement du cerveau postérieur et l’étude de leur expression conduisent à la conclusion qu’il existe dans le système nerveux central des vertébrés des patterns d’expression génétique rappelant ceux qui se manifestent lors de la segmentation de la drosophile70. Certains gènes, tel Krox-20, s’expriment en effet dans certains rhombomères seulement, un peu à la manière des gènes de parité segmentaire.

  • 71 Hunt (P.), Krumlauf (Robb), “Hox codes and positional specification in vertebrate embryonic axes”,(...)

74Mais c’est surtout des travaux sur les gènes Hox que sont venus les résultats les plus édifiants. De fait, l’on peut observer une régionalisation d’une partie du système nerveux central (le cerveau postérieur et la moelle épinière) par les complexes de gènes Hox, conformément à la loi de colinéarité71.

75Ainsi, au début des années 1990, le problème de la segmentation de la tête, après des décennies de relative discrétion, se trouve propulsé subitement au premier plan de la réflexion biologique, toujours avec l’idée que les nouvelles données moléculaires vont permettre de trancher les difficiles questions qui divisent depuis près de deux siècles les spécialistes de l’anatomie des vertébrés.

76Ces avancées ont été très vite analysées en relation avec un autre ensemble de progrès réalisés depuis plusieurs décennies sur les crêtes neurales. Ces structures, propres aux vertébrés, sont des épaississement latéraux qui apparaissent le long du tube nerveux avant que celui-ci ne se referme, puis qui s’en détachent et migrent pour donner naissance à des structures très diverses : les ganglions nerveux, crâniens et rachidiens, les cellules pigmentées de la peau, etc. Dans la tête, ces crêtes neurales jouent un rôle particulièrement important, puisque l’essentiel des muscles et du squelette de la face, entre autres, en dérive. La caractéristique la plus remarquable de ces structures, que l’on a parfois qualifié de “quatrième feuillet embryonnaire”, est la précision avec laquelle leurs cellules se déplacent dans l’embryon pour aller former des organes ou des tissus à des endroits très précis. Cette migration représente d’ailleurs une difficulté considérable pour les embryologistes, tant il est difficile de la suivre directement.

  • 72 Hörstadius (Sven), The Neural Crest : its Properties and Derivatives in the Light of Experimental (...)
  • 73 Le Douarin (Nicole), The Neural Crest, New York : Cambridge University Press, 1982, 259 p.

77Ce sont les travaux pionniers de Sven Hörstadius (1898-1996), qui ont attiré l’attention sur cet aspect singulier du développement des vertébrés, en faisant apparaître notamment que toute tentative de compréhension de l’organisation céphalique (la métamérie éventuelle en particulier) passait nécessairement par une étude approfondie des crêtes neurales72. Par la suite, un pas important a été franchi, dans les années 1970, avec la mise au point par Nicole Le Douarin de la technique des chimères de caille et de poulet, qui consiste à greffer sur un embryon de poulet des cellules prélevées sur un embryon de caille, de sorte qu’en suivant le devenir de ces dernières dans l’animal mosaïque résultant, l’on peut déduire l’origine embryonnaire de tissus adultes. Lorsque cette remarquable méthode de marquage a été appliquée aux crêtes neurales, l’équipe de Nicole Le Douarin s’est aperçue que ces dernières se déplacent dans l’embryon hôte conformément à leur lieu d’implantation, et non leur emplacement d’origine73.

  • 74 Meier (Stephen), “Development of the chick embryo mesoblast : formation of the prechordal plate an (...)
  • 75 Jacobson (A. G.), Meier (Stephen), “Morphogenesis of the head of a newt : Mesodermal segments, neu (...)
  • 76 Lumsden (Andrew), Sprawson (N.), Graham (Anthony), “Segmental origin and migration of neural crest (...)

78Les relations entre le mouvement des crêtes neurales et la métamérie d’autres structures céphaliques ont été étudiées par l’équipe de Stephen Meier, à l’université du Texas, à Austin. Au début des années 1980, ce groupe a montré que la région de la tête des amniotes qui est située en avant de la capsule auditive, si elle ne comporte pas de réels somites, du moins présente des blocs de mésoderme incomplètement individualisés mais clairement segmentés, les “somitomères”74. Malheureusement, ces résultats, obtenus chez le poulet, n’ont pas pu être étendus à tous les groupes de vertébrés. Cependant, une direction de recherche intéressante va être explorée à la suite de ces travaux : le comportement des cellules de crêtes neurales en migration par rapport aux somites et aux somitomères. Or, il apparaît bientôt que la métamérie du mésoderme céphalique exerce une influence précise sur les voies suivies par les cellules des crêtes neurales75. Ces dernières migrent en outre conformément à leur rhombomère d’origine76.

79Chez le poulet, par exemple :

  • les cellules des crêtes neurales du deuxième rhombomère migrent pour une part dans la première poche pharyngienne (qui correspond à l’arc mandibulaire) et forment, entre autres, le cartilage de la mâchoire ; les autres forment les ganglions du nerf trijumeau, ainsi qu’une partie du nez et du front ;
  • les cellules des crêtes du quatrième rhombomère vont dans la poche hyoïde, forment les cartilages hyoïdes ; certaines forment les ganglions nerveux VII et VIII ;
  • les cellules des crêtes du sixième rhombomère migrent dans les fentes trois et quatre ; elles forment le thymus, la thyroïde, les parathyroïdes ; certaines forment les ganglions IX et X ;
  • les cellules des crêtes des rhombomères trois et cinq meurent par apoptose ou bien rejoignent les cellules des rhombomères voisins.
  • 77 Couly (Gérard), Le Douarin (Nicole), “Head morphogenesis in embryonic avian chimeras : evidence fo (...)
  • 78 Couly (Gérard), Coltey (Pierre), Le Douarin (Nicole), “The Triple origin of skull in higher verteb (...)

80De même, au moyen de la technique des chimères de caille et de poulet, Gérard Couly et Nicole Le Douarin ont montré que chaque arc branchial, avec son innervation propre, provient des crêtes neurales de deux rhombomères successifs, ce qui au passage tend à conforter l’opinion, déduite des résultats moléculaires (notamment les profils d’expression des gènes Hox), selon laquelle l’unité métamérique, dans le tube nerveux, comprendrait deux rhombomères plutôt qu’un seul77. D’ailleurs, le destin des cellules des crêtes neurales dépend précisément de la combinaison de gènes Hox qui s’exprime dans le rhombomère dont elles sont issues. Des travaux réalisés chez la souris ont révélé que des défauts de certains gènes Hox provoquent des malformations de type homéotique, non seulement dans le rhombencéphale, mais aussi dans les parties de la tête qui dérivent des crêtes neurales78.

  • 79 Köntges (Georgy), Lumsden (Andrew), “Rhombencephalic neural crest segmentation is preserved throug (...)

81Ainsi, tout semble indiquer que la partie postérieure de la tête possède une organisation segmentée dont chaque unité, caractérisée par l’expression d’une combinaison donnée de gènes Hox, comprend deux rhombomères successifs, avec leur ganglion et leurs nerfs crâniens, ainsi qu’un arc branchial avec ses structures associées (muscles, mésenchyme, etc.), qui vont constituer une partie déterminée de la face. Köntges a confirmé récemment ces vues en montrant dans des chimères de caille et de poulet que, par exemple, les cellules de la crête neurale correspondant au quatrième rhombomère produisent spécifiquement le processus rétroarticulaire de la mâchoire inférieure, une partie du squelette lingual, les muscles associés à ces éléments (innervés par le nerf crânien VII, issu lui aussi du quatrième rhombomère), la columelle de l’oreille moyenne, ainsi qu’une partie de la zone temporale du crâne, à laquelle viennent s’attacher les muscles permettant l’ouverture de la mâchoire79.

82De ce fait, toute mutation affectant l’un des gènes Hox en jeu entraîne une malformation dans l’ensemble de l’unité métamérique définie par le domaine d’expression de ce gène. Il existe donc une corrélation très précise entre un défaut donné du rhombencéphale (se traduisant par une certaine atteinte neurologique) et une certaine anomalie morphologique de la face. Cette correspondance a, chez l’homme, des implications médicales évidentes, et l’on peut détecter certaines maladies nerveuses chez des nouveau-nés ou des enfants par le simple examen de leur visage : des particularités, même mineures, de leur massif facial, peuvent être l’indice de syndromes neurologiques plus ou moins graves. Cette corrélation, outre ses intérêts médicaux, offre une version moderne surprenante de la vieille croyance en un lien entre le visage et l’âme...

83D’un point de vue évolutif, l’organisation modulaire de la tête revêt une signification toute particulière. Elle permet en effet de rendre compte de la coordination des modifications : une mutation peut provoquer une transformation radicale de l’anatomie céphalique sans pour autant que cela se produise de manière anarchique. Un exemple est celui des animaux domestiques, et surtout des chiens : l’homme a sélectionné des morphologies très diverses, mais, malgré ces différences importantes, chaque race possède une tête, une langue, des mâchoires parfaitement fonctionnelles.

  • 80 Smith (Kathleen K.), Schneider (Richard A.), “Have gene knockouts caused evolutionary reversals in (...)

84En dépit de toutes ces avancées, et bien que les arguments en faveur de la segmentation céphalique se soient plutôt renforcés ces dernières décennies, le problème est encore loin d’être élucidé. Il demeure toujours les mêmes zones d’ombre, par exemple le nombre de segments pré-otiques, la correspondance entre les segmentations viscérale et axiale, etc. Les comparaisons entre espèces soulèvent également des problèmes ; les malformations observées chez les souris knock out pour des gènes homéotiques sont souvent interprétées comme des atavismes, ce qui a été contesté par Kathleen Smith et Richard Schneider, qui concluent de manière assez pessimiste : “Alors que l’on sait si peu de choses sur la manière dont le squelette est formé et organisé, et en particulier dont ces gènes affectent réellement le développement, nous sommes incapables de soutenir aucune conclusion sur les rapports de ces phénotypes mutants avec le cours de l’évolution morphologique.”80

FIG. 74 - Correspondance entre certains syndromes malformatifs de la face et les rhombomères (R1 à R8) affectés corrélativement, d’après Couly et al.

85Au total, si les études génétiques et moléculaires ont incontestablement apporté un éclairage nouveau et heuristique à la connaissance de la métamérie de la tête des vertébrés, elles sont loin d’avoir fourni des réponses définitives aux questions qu’avait posées la morphologie idéaliste puis transformiste.

Conclusion

  • 81 Voir notamment Deutsch (Jean), Le Guyader (Hervé), “Le Fond de l’oeil...”, art. cit. ; Dickinson ( (...)

86Ces quelques exemples montrent les limites de l’approche moléculaire dans toutes les tentatives visant à établir des liens d’homologie, sériée ou spéciale, entre des parties d’un même organisme ou d’organismes différents. Depuis quelques années, d’ailleurs, de nombreuses voix se sont élevées pour modérer l’optimisme souvent excessif lié à ce type de recherches81. L’on a en effet mis en avant la possibilité que des gènes homologues puissent s’exprimer dans des structures qui ne le sont pas. Un exemple caractéristique est donné par l’étude de l’expression des gènes Hox chez les vertébrés et les insectes : la découverte d’une colinéarité antéro-postérieure chez la souris, associée à l’idée que les gènes homéotiques des insectes contrôlaient l’identité des segments, a conduit de nombreux chercheurs à voir une homologie entre ce contrôle de l’hétéronomie de la métamérie chez les vertébrés et les arthropodes. En réalité, on a découvert par la suite que les complexes Hox pouvaient servir à régionaliser d’autres axes, comme ceux des membres. De même, compte tenu de l’homologie des gènes qui interviennent dans la morphogenèse de l’œil de la drosophile et de la souris, l’on s’est cru autorisé à établir l’homologie de ces deux organes. Or, comme l’ont noté Deutsch, Le Guyader et d’autres, l’homologie est un concept à plusieurs niveaux, et il est important de préciser à quel titre les structures comparées sont dites “homologues”. Ainsi, s’il ne fait guère de doute que l’œil des vertébrés et celui des arthropodes sont homologues en tant que simples organes photorécepteurs, il est loin d’en aller de même si l’on considère ces organes comme des yeux véritables, c’est-à-dire des structures photoréceptrices complexes et organisées.

  • 82 Jacob (François), “Evolution and tinkering”, Science, vol. 196, 1977, pp. 1161-1167.

87Outre ces problèmes de niveau d’homologie, d’autres points ont été invoqués ces dernières années pour critiquer l’établissement trop rapide d’homologies. Parmi eux, il convient de mentionner la notion de “bricolage de l’évolution” introduite par Jacob à la fin des années 197082, et qui est dans le fond une adaptation à la biologie moléculaire du Funktionswechsel de Dohrn : selon Jacob, l’évolution réutilise sans cesse les mêmes processus, gènes, portions de gènes, etc., dans des fonctions différentes, en les combinant différemment. De ce fait, l’on comprend que certains gènes de développement, dont le rôle est avant tout de réguler d’autres gènes, aient été “recrutés “indépendamment à plusieurs reprises dans des voies morphogénétiques sans lien particulier : l’homologie des gènes n’entraîne donc en rien celle des structures à la formation desquelles ils participent, même si, dans cette perspective, elle peut représenter un indice favorable, au même titre que la similitude anatomique ou embryologique.

  • 83 Tassy (Pascal), L’Arbre à remonter le temps. Les rencontres de la systématique et de l’évolution, (...)

88Que l’on ne s’y trompe pas, il ne s’agit pas ici de nier tout progrès de la connaissance de la forme du vivant. Plusieurs exemples évoqués dans ce chapitre, comme celui des segments de la tête des arthropodes, montrent que, dans le cadre d’un phylum, les données moléculaires peuvent se révéler des auxiliaires des plus précieux dans la reconnaissance des homologies sériées, dans la mesure où elles sont utilisées en corrélation avec d’autres arguments. En particulier, il convient de souligner que les méthodes de la systématique ont connu de très grandes transformations depuis quelques décennies. Il est notamment un point sur lequel nous n’avons pas du tout insisté ici mais qui a joué un rôle majeur dans l’élaboration des classifications les plus récentes : il s’agit de l’essor de l’approche cladistique, dont l’entomologiste allemand Willi Hennig (1913-1976) est à l’origine83. Or, en fournissant des arbres phylogénétiques plus rigoureux, semble-t-il, cette méthode donne un cadre systématique plus fiable et permet par conséquent un contrôle plus étroit des liens d’homologie établis par la comparaison d’expressions de gènes.

89En réalité, nous souhaitons simplement insister sur ce constat : la comparaison des gènes de développement et de leur expression dans des organes d’un même individu ou d’individus différents a suscité un très grand enthousiasme parmi les biologistes, qui ont cru détenir enfin une méthode infaillible pour élucider les grands problèmes posés par la morphologie depuis près de deux siècles, en particulier ceux qui concernent la métamérie. D’un point de vue épistémologique, cette adhésion assez large à une méthode contestable d’approche de l’homologie appelle quelques réflexions.

90En fait, à bien des égards, la situation des deux dernières décennies n’est pas sans rappeler celle qui a suivi la parution de l'Origine des Espèces en 1859 : dans les deux cas, l’apparition de nouvelles techniques d’investigation du vivant (respectivement les progrès de la microscopie et ceux du génie génétique), associée au renouveau de concepts plus anciens (l’homologie, la récapitulation, etc.), correspond à l’émergence de programmes de recherche destinés à produire de nouvelles données et à les intégrer, avec les anciennes, dans une théorie synthétique rendant compte de la forme des êtres vivants. Dans le cas présent, diverses raisons peuvent aider à expliquer la relative facilité avec laquelle ces nouvelles approches ont été acceptées par la communauté scientifique. Le sociologue y verra sans cloute un moyen pour les généticiens et les spécialistes de biologie moléculaire d’acquérir une plus grande légitimité, en s’appropriant des domaines d’investigation réservés jusqu’alors à la morphologie (par ailleurs en relatif déclin). D’un point de vue plus fondamental, on ne peut qu’être frappé par la manière dont beaucoup de biologistes, parmi les plus éminents, ont eu tendance à voir dans les études d’expression génétique l’argument décisif qui a fait défaut à la morphologie. Plus encore, les données moléculaires semblent désormais primer sur les données morphologiques, même en cas de contradiction. Le cas des parasegments semble à cet égard tout à fait exemplaire : même si, finalement, il s’avère que le parasegment a une signification phylogénétique et ontogénétique tout aussi grande, sinon plus, que le segment, il demeure que les chercheurs ont largement accepté cette idée à un moment où ils ne disposaient pour ainsi dire que d’arguments génétiques assez minces au regard des données anatomiques et embryologiques. Peut-être cela témoigne-t-il d’un attrait pour les faits qui ne sont pas accessibles directement à l’observation, mais qu’il faut aller chercher par des moyens très sophistiqués au cœur même du vivant, en l’occurrence dans le génome. En cela, les préoccupations des biologistes actuels ne sont finalement pas très éloignées de celles des Naturphilosophen, dont le but était précisément d’aller au-delà de l’observation pour pénétrer les mystères intimes des organismes.

91Un autre aspect mérite d’être mentionné : il s’agit de l’attachement d’une grande partie des spécialistes de la biologie du développement et des sciences de l’évolution à tout ce qui va dans le sens d’une unité générale du vivant, et particulièrement du règne animal. Là encore, la démarche sociologique expliquera peut-être ce phénomène par la volonté de ces biologistes de s’assurer une certaine légitimation, voire de la publicité, en jouant sur le caractère “sensationnel” de leurs découvertes (les point communs du développement de la souris et de la mouche, etc.) ; ainsi, étant donné que la morphologie des décennies précédentes semblait pointer plutôt vers une origine indépendante de la métamérie, des yeux, etc., le fait de prétendre le contraire pourrait représenter une stratégie pour attirer les regards et, par là même, les crédits financiers. Sans exclure une telle interprétation, il y a peut-être heu de considérer tout simplement que la recherche de l’unité, d’une manière générale, est une motivation récurrente des biologistes depuis le XVIIIème siècle au moins. En fait, force est de constater qu’à chaque fois qu’une avancée conceptuelle ou méthodologique majeure a fait son apparition dans les sciences naturelles, le climat d’enthousiasme qui s’est ensuivi a donné lieu à un surcroît de spéculations sur la conformité des plans d’organisations des animaux, comme si ce thème, souvent contredit par les faits, contraint de s’effacer devant l’extrême diversité des formes vivantes, n’attendait qu’une occasion pour s’épanouir dans la pensée biologique. Ce fut le cas après 1859, avec la diffusion de l’hypothèse transformiste et des nouvelles techniques microscopiques ; de la même façon, l’explosion de la biologie moléculaire a sans doute ouvert à nouveau cette boîte de Pandore qu’est la satisfaction séculaire, d’ordre presque esthétique, de ramener la diversité à l’unité.

92De ce fait, la référence à certains grands noms du passé (Goethe et Geoffroy Saint-Hilaire), si elle peut revêtir un caractère anachronique sous certains aspects (par exemple lorsque l’on considère que ces auteurs n’étaient pas transformistes dans le sens actuel du terme, qu’ils n’avaient pas la même conception de la nature que les scientifiques actuels, etc.), peut se justifier dans la mesure où leur activité scientifique était motivée, dans le fond, par cette même quête de l’unité qui a conduit leurs successeurs du XXème siècle à rechercher avec plus d’ardeur le sens des similitudes, aussi bien entre deux espèces qu’à l’intérieur d’un même organisme.

93Parvenu au terme chronologique de notre étude, nous pouvons, avant de conclure, porter un rapide regard récapitulatif sur la troisième et dernière des périodes que nous avons cru bon de délimiter et qui, grosso modo, correspond au XXème siècle.

94Que convient-il d’en retenir ici ? La réponse à cette question est moins aisée qu’en ce qui concerne les époques antérieures. En effet, contrairement à la situation qui a dominé durant la plus grande partie du XIXème siècle, l’objet de notre attention, à savoir la forme vivante, et particulièrement son caractère répétitif, n’a pas été, au moins en apparence, au centre des progrès les plus spectaculaires de la biologie que sont, entre autres, l’essor de la génétique, puis de la biologie moléculaire. La morphologie est souvent apparue, depuis la crise dans laquelle nous l’avions laissée à la fin de la deuxième partie, comme une discipline périmée, au mieux purement descriptive, au pire vainement spéculative. Certes, on a continué tout au long du XXème siècle à décrire l’anatomie et l’embryologie de différentes espèces, on a continué à raisonner comme le faisaient Gegenbaur ou Dohrn sur la signification de ces observations, on a continué à reconstruire des histoires évolutives... Mais cette recherche trouve difficilement sa place dans les ouvrages consacrés à l’histoire de la biologie au cours des cent dernières années, à l’ère de la double hélice d’ADN, du génie génétique, de l’élucidation de la structure des protéines, sans parler des avancées de la biomédecine, etc.

95Pour autant, écrire l’histoire de la morphologie au XXème siècle, est-ce s’intéresser à un anachronisme, à un fossile vivant ? Nous estimons que non, et les trois chapitres qui précèdent prétendent le montrer.

96En effet, on a pu constater par exemple que l’homologie, sériée ou spéciale, demeurait omniprésente dans la réflexion biologique. Certes, les biologistes concernés, qu’ils fussent généticiens ou embryologistes, ont cherché en premier lieu à déterminer les causes prochaines qui conduisent à telle ou telle mutation, ou régénération anormale, etc. Mais dans le même temps ils n’ont pu s’empêcher de recourir à des modes d’explication plus lointains et de renvoyer par conséquent à des concepts permettant de relier entre eux des organes d’espèces différentes ou de la même espèce. Le cas de l’homéose est à cet égard suffisamment éloquent. Cette notion, définie par Bateson en 1894, désignait à l’origine des monstruosités conduisant au remplacement d’un organe ou d’une portion du corps par une autre. Par la suite, les embryologistes, puis les généticiens, ont vu dans ces anomalies des modèles intéressant qu’ils jugeaient susceptibles de leur apprendre quels phénomènes inductifs interviennent dans la formation d’un organe, ou comment les gènes peuvent contrôler l’identité de cet organe. Des travaux extrêmement nombreux ont donc été réalisés, d’abord sur la régénération homéotique, puis sur les mutations homéotiques. Le plus souvent, les auteurs superposent aux explications prochaines des interprétations morphologiques plus traditionnelles, en affirmant par exemple qu’un organe peut se transformer en un autre à condition que le remplaçant et le remplacé possèdent une affinité particulière, c’est-à-dire une homologie.

97Dès lors, l’homéose et l’homologie ont joué un rôle de premier plan dans les rencontres entre la génétique, la biologie du développement et les sciences de l’évolution. Bien que le “divorce” entre ces disciplines, souvent reconnu par les historiens, soit à relativiser (notamment en fonction des écoles nationales), il est vrai que peu de savant ont proposé des modèles généraux du vivant intégrant ces différents aspects. Il n’est que plus remarquable qu’ils aient presque toujours eu recours à l’homéose dans leur tentatives de synthèse : c’est le cas aussi bien du Britannique Waddington que de l’Allemand Goldschmidt. Ce dernier, par exemple, a essayé de rendre compte de la macroévolution en invoquant des mutations de grande ampleur, affectant des gènes très importants pour le développement (homéotiques notamment) et donnant lieu à des individus monstrueux, mais éventuellement mieux adaptés dans un milieu différent, des “monstres prometteurs”. Les conceptions de Goldschmidt, largement hétérodoxes par rapport à la génétique de l’époque, n’ont pas fait long feu, mais elles témoignent du fait que les problèmes liés à la répétition des parties n’ont pas manqué d’être reformulés par d’autres savants que par les morphologistes au sens strict, dans le cadre de disciplines “modernes”, et qu’ils y ont joué un rôle décisif.

98Après la Seconde Guerre mondiale, l’on peut schématiquement distinguer deux grandes voies d’étude de la répétition des parties. Aux États-Unis, Edward Lewis, initialement intéressé par des questions de génétique formelle, est conduit à s’interroger sur le mode d’action des gènes du complexe homéotique Bithorax et construit un modèle destiné à rendre compte de la différenciation des segments de la drosophile. En Europe, fleurissent des approches différentes, associant l’étude des gènes à la tradition d’embryologie expérimentale : à Zurich, un groupe constitué autour de Hadorn entreprend l’étude de la détermination dans les disques imaginaux de la drosophile. Cette problématique, associée à des travaux sur le lignage cellulaire, va conduire à l’hypothèse des “compartiments”, unités définies à la fois histologiquement (les cellules de deux compartiments ne se mélangent pas) et génétiquement (ce sont des gènes “sélecteurs” précis qui agissent dans chaque compartiment).

99Ainsi, à la fin des années 1970, les grandes lignes d’un modèle général de la mise en place de la segmentation des insectes au cours de l’ontogenèse sont en place. La découverte de similitudes génétiques frappantes entre le développement d’espèces aussi différentes que la drosophile et les vertébrés va contribuer non seulement à faire de ce modèle un véritable paradigme, mais aussi à raviver la réflexion sur l’origine phylogénétique de ces mécanismes. De là va naître à partir des années 1980 un nouveau mode d’investigation des homologies, fondé désormais sur la comparaison de patterns d’expression des gènes de développement. Cette nouvelle approche, dont nous avons souligné à la fois les succès et les limites, a fait largement appel aux conceptions morphologiques anciennes sur l’évolution de la métamérie, comme en témoigne la citation d’auteurs du XIXème siècle comme Goethe ou Geoffroy Saint-Hilaire.

100Ainsi, tous les thèmes dont nous avons suivi le trajet dans les deux premières parties ont poursuivi leur chemin tout au long du XXème siècle, d’abord de manière implicite, sous la forme de réflexions éparses mais significatives, dans les travaux des embryologistes et des généticiens, puis plus explicitement à partir des années 1970, dans le cadre des progrès d’une nouvelle discipline, la “synthèse développementale” ou “évo-dévo”, dont l’objet est l’étude comparée, dans une perspective évolutive, des mécanismes moléculaires de l’embryogenèse.

101Le problème de la forme vivante, et particulièrement celui de la forme répétée, a donc été une partie intégrante de la biologie la plus moderne au cours de cette période, et il continue aujourd’hui encore à occuper son actualité.

Notes

1 “L’étude de la segmentation est comparable à celle de l’Apocalypse. Cette voie conduit à la folie.”

2 Hall (Brian K.), Evolutionary Developmental Biology, Londres : Chapman and Hall, 1992, 275 p. L’expression semble avoir été forgée en 1983 par Peter Calow, dans son livre Evolutionary Principles, Glasgow : Blackie, 1983, 108 p. L’on parle plus familièrement, depuis plusieurs années, de l’“évo-dévo”, présentée comme une discipline à part entière : Goodman (Corey S.), Coughlin (Bridget C), “The Evolution of evo-devo biology”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 97, 2000, pp. 4424-4425.

3 Gilbert (Scott F.), Developmental Biology, 5eme éd., Sunderland : Sinaucr, 1997, pp. 914-915.

4 Gehring (Walter J.), Master Control Genes in Development and Evolution, New Haven : Yale University Press, 1998. Cet ouvrage, destiné au non spécialiste, fournit de nombreuses informations historiques précieuses bien que certaines positions de l'auteur (sur le rôle exact de telle ou telle équipe notamment) soient sujettes à discussion.

5 Denell (R. E.), “Homoeosis in Drosophila. 1 : Complementation studies with revenants of Nasobemia”, Genetics, vol. 75, 1973, pp. 279-297. L’on a établi depuis qu'Extra sex combs ne fait pas partie des complexes homéotiques. 11 appartient, avec Polycomb, à un groupe de gènes qui interviennent dans la régulation de l’expression des gènes homéotiques en agissant sur le repliement de la chromatine.

6 Duncan (Ian W.), Kaufman (Thomas C.), “Cytogenetic analysis of chromosome 3 in Drosophila melanogaster : mapping of the proximal portion of the right arm”, Genetics, vol. 80, 1975, pp. 733-752.

7 Kaufman (Thomas C), Lewis (Ricki), Wakimoto (Barbara), “Cytogenetic analysis of chromosome 3 in Drosophila melanogaster : the homoeotic gene complex in polytene chromosome interval 84A-B”, Genetics, vol. 44, 1980, pp. 115-133.

8 L’on montrera par la suite que le complexe bithorax ne comporte que trois gènes homéotiques et le complexe Antennapedia cinq. Cette surévaluation est liée à la longueur et à la complexité des séquences régulatrices des gènes homéotiques. Ce point ne sera compris qu’au milieu des années 1980.

9 Bender (Welcome), Akam (Michael), Karch (François), Beachy (Philip A.), Peifer (Mark), Spierer (Pierre), Lewis (Edward B.), Hogness (David S.), “Molecular genetics of the bithorax complex in Drosophila melanogaster”, Science, vol. 221, 1983, pp. 23-29.

10 Garber (Richard L.), Kuroiva (Atsushi), Gehring (Walter J.), “Genomic and cDNA clones of the homeotic locus of Antennapedia in Drosophila”, EMBO Journal, vol. II, 1983, pp. 2027-2036.

11 Scott (Matthew P.), Weiner (AmyJ.), Harelrigg (T. I.), Polisky (Barry A.), Pirrotta (V.), Scalenghe (F.), Kaufman (Thomas C.), “The Molecular organization of the Antennapedia locus in Drosophila”, Cell, vol. 35, 1983, pp. 763-776.

12 McGinnis (William), Levine (Michael), Hafen (Ernst), Kuroiva (Atsushi), Gehring (Walter J.), “A Conserved DNA sequence found in homeotic genes of the Drosophila Antennapedia and bithorax complexes”, Nature, vol. 308, 1984, pp. 428-433. L’équipe américaine, par une méthode semblable, obtient des résultats similaires qu’elle publiera quelques mois après les Bâlois : Scott (Matthew P.), Weiner (AmyJ.), “Structural relationships among genes that control development : sequence homology between the Antennapedia, Ultrabithorax, and Jushi tarazu loci of Drosophila”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 81, 1984, pp. 4115-4119.

13 Laughon (Allen), Scott (Matthew P.), “Sequence of a Drosophila segmentation gene : protein structure homology with DNA-binding proteins”, Nature, vol. 310, 1984, pp. 25-31. Gehring fait la même remarque.

14 Gehring (Walter J.), Qian (Yanqiu), Billeter (Martin), Furukubo-Tokunaga (K.), Schier (A. F.), Resendez-Perez (D.), Affolter (Markus), Otting (Gottfried), Wüthrich (Karl), “Homeodomain-DNA recognition”, Cell, vol. 78, 1994, pp. 211-223.

15 Sânchez-Herrero (E.), Vernôs (I.), Marco (R.), Morata (Ginés), “Genetic organization of Drosophila bithorax complex”, Nature, vol. 313, 1985, pp. 108-113.

16 Kaufman (Thomas C.), Seeger (M. A.), Olsen (G.), “Molecular and genetic organisation of the Antennapedia gene complex of Drosophila melanogaster”, Advances in Genetics, vol. 27, 1990, pp. 309-362.

17 Beachy (Philip A.), Hclfand (Stephen L.), Hogness (David S.), “Segmentai distribution of bithorax complex proteins during Drosophila development”, Nature, vol. 313, 1985, pp. 545-551.

18 Harding (Katherine), Wedeen (Cathy), McGinnis (William), Levine (Michael), “Spatially regulated expression of homeotic genes in Drosophila”, Science, vol. 229, 1985, pp. 1236-1242. L’on trouvera une synthèse de ces travaux dans Akam (Michael), “The Molecular basis for metameric pattern in the Drosophila embryo”, Development, vol. 101, 1987, pp. 1-22.

19 Akam (Michael), Dawson (lain), Tear (Guy), “Homeotic genes and the control of segment diversity”, Development, vol. 104 (suppl.), 1988, pp. 123-133. Cette proposition de révision du modèle de Lewis a d’abord été évoquée par Peifer (Mark), Karch (François), Bender (Welcome), “The Bithorax complex : control of segment identity”, Genes and Development, vol. 1, 1987, pp. 891-898.

20 Castelli-Gair (J.), Akam (Michael), “How the Hox gene Ultrabithorax specifies two different segments : the significance of spatial and temporal regulation within metamere”, Development, vol. 121, 1995, pp. 2973-2982. Duncan note aussi qu'un même gène homéotique peut contrôler l’identité de plusieurs segments également par le jeu de l’épissage alternatif (qui produit plusieurs variantes de chaque gène homéotique) et des effets de dose : Duncan (lan), “How do single homeotic genes control multiple segment identities ?”, BioEssays, vol. XVIII, 1996, pp. 91-94. Voir aussi Akam (Michael), “Hox genes and the evolution of diverse body plans”, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, série B, vol. 349, 1995, pp. 313-319, notamment pp. 315-316. Il semble surtout que la combinatoire des gènes homéotiques exprimés dans un segment soit un facteur essentiel.

21 Nüsslein-Volhard (Christiane), Frohnhöfer (Hans-Georg), Lehmann (Ruth), “Determination of anteroposterior polarity in Drosophila”, Science, vol. 238, 1987, pp. 1675-1681.

22 Frohnhöfer (Hans-Georg), Nüsslein-Volhard (Christiane), “Organization of anterior pattern in the Drosophila embryo by the maternal gene bicoid”, Nature, vol. 324, 1986, pp. 120-125.

23 Berleth (T.), Burri (M.), Thoma (G.), Bopp (D.), Richstein (S.), Frigerio (G.), Noll (M.), Nüsslein-Volhard (Christiane), “The Role of localisation of bicoid RNA in organising the anterior pattern of the Drosophila embryo”, EMBO Journal, vol. VII, 1988, pp. 1749-1756.

24 Struhl (Gary), Struhl (K.), Macdonald (P. M.), “The Gradient morphogen bicoid is a concentration-dependent transcriptional activator”, Cell, vol. 57, 1989, pp. 1259-1273.

25 Schüpbach (Trudi), Wieschaus (Eric), “Maternal-effect mutations altering the anterior-posterior pattern of the Drosophila embryo”, Wilhelm Roux’s Archives of Developmental Biology, vol. 195, 1986, pp. 302-317.

26 En plus de Krüppel, knirps et hunchback, déjà décrits en 1980, on a découvert par la suite giant et tailless. Quant à huckebein, buttonhead, orthodenticle et empty spiracle, on les classe aussi parfois parmi les gap genes ; de fait, leur mutation provoque des pertes de segments au niveau de la tête et ils sont eux aussi régulés par bicoid. Mais leur mode d’action est totalement différent et ils se comportent également comme des gènes homéotiques. Il est donc plus adéquat de les considérer comme une catégorie à part.

27 Ces gènes sont, en plus de hairy, even-skipped, odd-skipped, paired et runt : fushi tarazu, odd-paired et sloppy-paired.

28 Hafen (Ernst), Kuroiva (Atsushi), Gehring (Walter J.), “Spatial distribution of transcripts from the segmentation gene fushi tarazu during Drosophila embryonic development”, Cell, vol. 37, 1984, pp. 833-841.

29 hairy, even-skipped et runt sont les gènes de parité segmentaire primaires ; les autres sont des gènes de parité segmentaire secondaires.

30 Fused, wingless, cubitus interruptusD, gooseberry, hedgehog et patched, auxquels s’ajoutent engrailed (d’abord classé parmi les pair rule genes par Nüsslein-Volhard), armadillo, pangolin, etc.

31 Martinez-Arias (Alfonso), Lawrence (Peter A.), “Parasegments and compartments in the Drosophila embryo”, Nature, vol. 313, 1985, pp. 639-642 ; Lawrence (Peter A.), “The Present status of the parasegment”, Development, vol. 104 (suppl.), 1988, pp. 61-65.

32 Slack (Jonathan), From Egg to Embryo. Regional Specification in Early Development, 2ème éd., Cambridge : Cambridge University Press, 1991, p. 217.

33 En réalité, divers éléments (embryologiques, anatomiques, génétiques, etc.) laissent entrevoir une signification phylogénétique et ontogénétique du parasegment plus importante qu’il n’y paraît au regard des seuls arguments rapportés ici (communication du Pr. Jean Deutsch). Nous n’avons d’ailleurs pas la moindre intention de nous prononcer sur ce point, nous nous contentons de nous étonner de l’acceptation relativement aisée du concept de parasegment entre 1985 et 1990, compte tenu des éléments dont disposaient les chercheurs, et plus encore de la manière dont ils en ont usé.

34 Akam (Michael), Dawson (Iain), Tear (Guy), “Homeotic genes and the control of segment diversity”, art. cit., p. 128.

35 Grenier (Jennifer K.), Garber (Theodore L), Warren (Robert), Whitington (Paul M.), Carroll (Sean), “Evolution of the entire arthropod Hox gene set predated the origin and radiation of the onychophoran/arthropod clade”, Current Biology, vol. VII, 1997, pp. 547-553.

36 Akam (Michael), Averof (Michails), Castelli-Gair (James), Dawes (Rachel), Faleiani (Francesco), Ferrier (David), “The Evolving role of Hox genes in Arthropods”, Development, vol. suppl., 1994, pp. 209-215 ; Carroll (Sean B.), “Homeotic genes and the evolution of arthropods and chordates”, Nature, vol. 376, 1995, pp. 479-485 ; l’auteur critique le modèle de Lewis et estime que ce n’est pas l’augmentation du nombre de gènes dans les complexes qui est à l’origine de la diversité des insectes et des chordés, mais que ce sont plutôt des changements dans les modes de régulation qui sont impliqués.

37 McGinnis (William), Garber (Richard L.), Wirz (Johannes), Kuroiwa (Atsushi), Gehring (Walter J.), “A Homologous protein-coding sequence in Drosophila homeotic genes and its conservation in other metazoans”. Cell, vol. 307, 1984, pp. 403-408.

38 L’on trouvera plus tard des homéoboîtes (et même des complexes de gènes homéotiques) chez le nématode et l’oursin.

39 Carrasco (Andrés E.), McGinnis (William), Gehring (Walter J.), De Robertis (Eddy), “Cloning of anX. laevis gene expressed during early embryogenesis coding for a peptide region homologous to Drosophila homeotic genes”, Cell, vol. 37, 1984, pp. 409-414.

40 McGinnis (William), Hart (C. P.), Gehring (Walter J.), Ruddle (Frank H.), “Molecular cloning and chromosome mapping of a mouse DNA sequence homologous to homeotic genes of Drosophila”, Cell, vol. 38, 1984, pp. 675-680.

41 McGinnis (William) et al, “A Homologous protein-coding sequence...”, art. cit.

42 Ces chercheurs seront bientôt détrompés par la découverte d'équivalents des gènes homéotiques de drosophile chez le nématode et les échinodermes.

43 Slack (Jonathan), “A Rosetta stone for pattern formation in animais ?”, Nature, vol. 310, 1984, pp. 364-365.

44 Gehring (Walter J.), “The Homeo box : a key to the understanding of development ?”, Cell, vol. 40, 1985, pp. 3-5.

45 Beeman (Richard W.), “A Homoeotic gene cluster in the red Hour beetle”, Nature, vol. 327, 1987, pp. 247-249.

46 Bachiller (Daniel), Macias (A.), Duboule (Denis), Morata (Ginés), “Conservation of a functional hierarchy between mammalian and insect Hox/Hom genes”, EMBO Journal, vol. XIII, 1994, pp. 1930-1941.

47 En réalité, le rôle des gènes Hox est encore plus général. L’on a découvert en effet que les gènes Hox de l’un des complexes des mammifères s’expriment lors du développement des membres, selon un pattern spatio-temporel qui respecte la colinéarité avec l’ordre des gènes sur le chromosome : ils permettent donc la régionalisation des structures le long de l’axe proximo-distal des membres. Au final, les gènes Hox semblent donc contrôler la différenciation d’axes divers, selon des modalités toujours identiques (colinéarité, etc.). Par ailleurs, les travaux de Pierre Chambon, à Strasbourg, ont montré que, chez les vertébrés, l’expression des gènes Hox est sous la dépendance d’un morphogène, l’acide rétinoïque, dont la concentration varie le long de l’axe considéré (celui du corps, du membre, etc.).

48 En réalité, l’expression de “stade phylotypique” avait été introduit par Klaus Sander depuis environ une décennie. Il le définissait en 1983 comme “le premier stade qui révèle les caractères généraux partagés par tous les membres d’un phylum” Voir Sander (Klaus), “The Evolution of patterning mechanisms : gleanings from insect embryogenesis and spermatogenesis”, in Goodwin (Bryan C), Holder (Nigel), Wylie (Christopher C.) (sous la dir.), Development and Evolution, Cambridge : Cambridge University Press, 1983, p. 140.

49 Slack (Jonathan M.), Holland (P. W. H.), Graham (F. C), “The Zootype and the phylotypic stage”, Nature, vol. 361, 1993, pp. 490-492. Notons que les auteurs ont bien rapidement étendu leur réflexion à l’ensemble du règne animal, alors qu’aucune donnée n’était disponible sur les éponges et les cnidaires, qui font aujourd’hui encore l’objet de discussions.

50 Duboule (Denis), “Temporal colinearity and the phylotypic progression : a basis for the stability of a vertebrate Bauplan and the evolution of morphologies through heterochrony”, Development, vol. suppl., 1994, pp. 135-142.

51 Hervé Le Guyader parle, à propos de la périodicité temporelle de certains événements développementaux, d’une “métamérie dans le temps” qui, comme la métamérie spatiale, est soumise à la variation phylogénique : Le Guyader (Hervé), “Et quand la biologie moléculaire redécouvre la récapitulation...”, in Mengal (Paul) (sous la dir.), Histoire du concept de récapitulation. Ontogenèse et phylogenèse en biologie et sciences humaines, Paris : Masson, 1993, pp. 111-129.

52 Duboule (Denis), “Temporal colinearity and the phylotypic progression...”, art. cit., p. 138.

53 Ferguson (Edwin L.), “Conservation of dorso-ventral patterning in arthropods and chordates”, Current Opinion in Genetics and Development, vol. VI, 1996, pp. 424-431.

54 Arendt (Detlev), Nübler-Jung (Katharina), “Comparison of early nerve cord development in insects and vertebrates”, Development, vol. 126, 1999, pp. 2309-2325.

55 Haider (Georg), Callaerts (Patrick), Gehring (Walter J.), “Induction of ectopic eyes by targeted expression of the eyeless gene in Drosophila”, Science, vol. 267, 1995, pp. 1788-1792.

56 Gehring (Walter J.), “The Master control gene for morphogenesis and evolution of the eye”, Genes to Cells, vol. I, 1996, pp. 11-15.

57 Deutsch (JeanX Le Guyader (Hervé), “Le Fond de l’oeil : l’oeil de la drosophile est-il homologue de celui de la souris ?”, Médecine/Science, vol. XI, 1995, pp. 1447-1452 ; Desplan (Claude), “Eye development : Governed by a dictator or a junta ?”, Cell, vol. 91, 1997, pp. 861-864.

58 C’est le gène Distalless qui est au centre de ces spéculations, puisqu’il s’exprime à l’extrémité distale des appendices de tous les groupes cités : Panganiban (Grace), Irvine (Steven M.), Lowes (Chris), Roehl (Henry), Corley (Laura S.), Sherbon (Beverly), Grenier (Jennifer K.), Fallon (John p.), Kimble (Judith), Walker (Muriel), Wray (Gregory A.), Swalla (Billie J.), Martindale (Mark Q.), Carroll (Sean B.), “The Origin and evolution of animal appendages”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 94, 1997, pp. 5162-5166 ; Shubin (Neil H.), Tabin (Cliff), Carroll (Sean), “Fossils, genes and the evolution of animal limbs”, Nature, vol. 388, 1997, pp. 639-648.

59 C’est le gène tinman de la drosophile (et ses équivalents dans les autres espèces) qui est ici en cause. Il s’agit cependant d'un cas plus douteux que les précédents ; en particulier, on a découvert récemment que, chez le nématode, l’homologue de tinman, ceh-22, s’exprime dans le pharynx. Il semblerait que ce gène contrôle en réalité la différenciation d’un certain type de cellules musculaires plutôt que d’un organe tout entier.

60 Shankland (Marty), “Leech segmentation : a molecular perspective”, BioEssays, vol. XVI, 1994, pp. 801-808 ; Jacobs (David K.), DeSalle (Rob), “Engrailed : homology of métamérie units, molluscan phylogeny and relationship to other homeodomains”, Developmental Biology, vol. 163, 1994, p. 536 (résumé) ; les auteurs montrent une expression sériée d'engrailed chez un chiton et suggèrent une homologie de la métamérie des arthropodes, des annélides et des mollusques.

61 Holland (Linda Z.), Kene (Mamata), Williams (Nie A.), Holland (Nicholas D.), “Sequence and embryonic expression of the amphioxus engrailed gene (AmphiEn) : the metameric pattern of transcription resembles that of its segmentpolarity homolog in Drosophila”, Development, vol. 124, 1997, pp. 1723-1732.

62 Palmeirin (Isabel), Henrique (Domingos), Ish-Horowicz (David), Pourquié (Olivier), “Avian hairy gene expression identifies a molecular clock linked to vertebrate segmentation and somitogenesis”, Cell, vol. 91, 1997, pp. 639-648 ; Dale (Kim J.), Pourquié (Olivier), “A Clock-work somite”, BioEssays, vol. 22, 2000, pp. 72-83.

63 Kimmel (Charles B.), “Was Urbilateria segmented ?”, Trends in Genetics, vol. XII, 1996, pp. 329-331 ; De Robertis (Eddy M.), “The Ancestry of segmentation”, Nature, vol. 387, 1997, pp. 25-26.

64 Meyerowitz (Elliot M.), Smyth (D. R.), Bowman (J. L.), “Abnormal Bowers and pattern formation in floral development”, Development, vol. 106, 1989, pp. 209-217 ; Gantet (Pascal), Therre (Hélène), “Les Fleurs se métamorphosent”, Biofutur, avril 1993, pp. 15-21.

65 Par ailleurs, la caractérisation moléculaire des gènes impliqués ici a montré qu’il s’agit de gènes à “MADS box” : cette séquence très conservée (comme l’homéoboîte) correspond au niveau protéique à un domaine de fixation à l’ADN différent de l’homéodomaine. Ces gènes représentent donc un cas typique de gènes homéotiques qui ne sont pas des gènes à homéoboîte. Notons toutefois que tous les gènes homéotiques des plantes ne sont pas des gènes à “MADS box”.

66 Rogers (Bryan T.), Kaufman (Thomas C), “Structure of the insect head as revealed by the EN protein pattern in developing embryos”, Development, vol. 122, 1996, pp. 3419-3432 ; Quéinnec (Éric), “Insights into arthropod head evolution. Two heads in one : the end of the ‘endless dispute’ ?”, Annales de la Société entomologique de France, Nelle série, vol. 37, pp. 51-69.

67 Damen (Win G. M.), Hausdorf (Monika), Seyfarth (Ernst-August), Tautz (Diethard), “A Conserved mode of head segmentation in arthropods revealed by the expression pattern of Hox genes in a spider”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 95, 1998, pp. 10665-10670 ; Telford (Maximilian J.), Thomas (Richard H.), “Expression of homeobox genes shows chelicerate arthropods retain their deutocerebral segment”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 95, 1998, pp. 10671-10675.

68 Neal (Herbert V.), “Neuromeres and metameres”, Journal of Morphology, vol. 31, 1918, pp. 293-315.

69 Lumsden (Andrew), “The Cellular basis of segmentation in the developing hindbrain”, Trends in Neurosciences, vol. XIII, 1990, pp. 329-334.

70 Wilkinson (David G.), Krumlauf (Robb), “Molecular approaches to the segmentation of the hindbrain”, Trends in Neurosciences, vol. XIII, 1990, pp. 335-339.

71 Hunt (P.), Krumlauf (Robb), “Hox codes and positional specification in vertebrate embryonic axes”, Annual Review of Cell Biology, vol. VIII, 1992, pp. 227-256.

72 Hörstadius (Sven), The Neural Crest : its Properties and Derivatives in the Light of Experimental Research, Londres : Oxford University Press, 1950, 111 p.

73 Le Douarin (Nicole), The Neural Crest, New York : Cambridge University Press, 1982, 259 p.

74 Meier (Stephen), “Development of the chick embryo mesoblast : formation of the prechordal plate and cranial segment”, Developmental Biology, vol. 83, 1981, pp. 49-61.

75 Jacobson (A. G.), Meier (Stephen), “Morphogenesis of the head of a newt : Mesodermal segments, neuromeres, and distribution of neural crest”, Developmental Biology, vol. 106, 1984, pp. 181-193 ; Meier (Stephen), “Somite formation and its relationship to metameric pattern of the mesoderm”, Cell Differentiation, vol. 14, 1984, pp. 235-243.

76 Lumsden (Andrew), Sprawson (N.), Graham (Anthony), “Segmental origin and migration of neural crest cells in the hindbrain region of the chick embryo”, Development, vol. 113, 1991, pp. 1281-1291.

77 Couly (Gérard), Le Douarin (Nicole), “Head morphogenesis in embryonic avian chimeras : evidence for a segmental pattern in the ectoderm corresponding to the neuromeres”, Development, vol. 108, 1990, pp. 543-558.

78 Couly (Gérard), Coltey (Pierre), Le Douarin (Nicole), “The Triple origin of skull in higher vertebrates : a study in quail-chick chimeras”, Development, vol. 117, 1993, pp. 409-429.

79 Köntges (Georgy), Lumsden (Andrew), “Rhombencephalic neural crest segmentation is preserved throughout craniofacial ontogeny”, Development, vol. 122, 1996, pp. 3229-3242.

80 Smith (Kathleen K.), Schneider (Richard A.), “Have gene knockouts caused evolutionary reversals in the mammalian first arch ?”, BioEssays, vol. XX, 1998, pp. 245-255.

81 Voir notamment Deutsch (Jean), Le Guyader (Hervé), “Le Fond de l’oeil...”, art. cit. ; Dickinson (William J.), “Molecules and morphology : where’s the homology ?”, Trends in Genetics, vol. XI, 1995, pp. 119-121 ; Bolker (Jessica A.), Raff (Rudolf A.), “Developmental genetics and traditional homology”, BioEssays, vol. XVIII, 1996, pp. 489-494 ; Abouheif (Ehab), Akam (Michael), Dickinson (William J.), Holland (Peter W. H.), Meyer (Axel), Patel (Nipam H.), Raff (Rudolf A.), Roth (V. Louise), Wray (Gregory A.), “Homology and developmental genes”, Trends in Genetics, vol. XIII, 1997, pp. 432-433.

82 Jacob (François), “Evolution and tinkering”, Science, vol. 196, 1977, pp. 1161-1167.

83 Tassy (Pascal), L’Arbre à remonter le temps. Les rencontres de la systématique et de l’évolution, Paris : Bourgois, 1991, 352 p.

Table des illustrations

Légende FIG. 66 - Schéma montrant la structure du complexe bithorax (en haut) et la correspondance entre chacun de ses trois gènes (Ubx, abd-A et Abd-B) et la région du corps de la drosophile dont ils contrôlent l'identité. La position des différentes mutations identifiées précédemment (et auxquelles Lewis associait autant de “gènes") est indiquée. D'après E. Sânchez-Herrero et al.
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Légende FIG. 67 - Schéma général de la différenciation antéro-postérieure et de la mise en place de la segmentation chez la drosophile. À gauche, sont représentés les patterns d’expression de gènes des différentes classes : les gènes maternels (bicoid et nanos), les gènes lacunaires ou gap genes (par exemple Krüppel), les gènes de parité segmentaire ou pair rule genes (par exemple even-skipped), les gènes de polarité segmentaire (par exemple engrailed) et les gènes sélecteurs ou homéotiques (par exemple Ultrabithorax). À droite, figurent les interactions régulatrices entre ces gènes. L’on notera l’existence de deux classes de gènes de parité segmentaire. Pour compléter ce schéma, il faudrait représenter les autorégulations qui existent pour la plupart des gènes zygotiques ainsi que les régulations entre gènes de même catégorie.
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Légende FIG. 68 - Schéma montrant l’évolution des Insectes à partir d’un ancêtre à métamérie homonome, par duplications et différenciation des gènes homéotiques. Il s’agit d'une adaptation du modèle de Lewis. L’on notera la correspondance étroite établie par les auteurs entre la structure segmentaire du corps et le nombre de gènes des complexes, correspondance largement remise en cause par les travaux réalisés ces dix dernières années. D'après Akam et al.
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Légende FIG. 69 - Colinéarité de l’arrangement des gènes homéotiques sur le chromosome et de leur expression le long de I axe antero-posterieur du corps chez la drosophile et l’embryon de souris. souris.
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Légende FIG 70 - Le zootype (au centre), dans lequel sont représentés les domaines d’expression de differents genes (dont les gènes Hox), redessiné d’après Slack. Autour, figurent les stades phylotypiques de plusieurs espèces animales, avec (en noir) le domaine d’expression de l’un des genes du zootype, Ultrabithorax (Ubx).
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Légende FIG. 71 - Représentation du stade phylotypique d’après Duboule : les premiers stades du développement sont soumis a une variation adaptative importante, de même que les stades tardifs. Mais il existe un stade mtermedia're au cours duquel les contraintes liées à l’utilisation de certains mécanismes de développephylum °nt ^ 8βΠθε ^'mp0Sent Une forme Particulière· Peu variable entre les différentes espèces d’un
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Légende FIG. 72 - Comparaison de la vision “classique” de \’Urbilateria, simple et peu différenciée, avec la vision “plus sophistiquée” qui est “suggérée par les arguments génétiques", d'après Pennisi et Roush.
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Titre Tableau 16 - Phénotype de quelques mutants homéotiques chez Arabidopsis et Antirrhinum, d’après Gantet et Therre.
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Légende FIG 73 - Modèle de la détermination de l’identité des organes floraux, d’après Gilbert : dans les individus sauvages, les sépales sont produits par action de la voie A, les carpelles par la voie C, les pétales par l’action simultanée des voies A et B, et les étamines par l’action simultanée des voies B et C. Les mutants correspondent à la perte de l’une ou l'autre des voies. Étant donné que les voies A et C sont supposées antagonistes, si l’une des deux disparaît, elle est remplacée par l'autre. Le triple mutant ne produit que des feuilles. Le mutant double ac peut produire des pétales ou des étamines.
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Légende FIG. 74 - Correspondance entre certains syndromes malformatifs de la face et les rhombomères (R1 à R8) affectés corrélativement, d’après Couly et al.
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© Publications scientifiques du Muséum, 2004

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