Membracidés : un nouveau plan d'organisation chez les insectes

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>> Le casque et les ailes d'un membracidé (document 1) :

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>> Développement du thorax d'un membracidé (document 2) :

Détails du thorax aux stades larvaires 1 et 5 du développement d'un membracidé vus au microscope électronique à balayage.

    

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      a : Stade larvaire 1 (T1, T2, T3 : segments thoraciques) ;       b : Stade larvaire 5 ; H = Helmet (casque) ; W = Wings (ailes).

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>> Les connexions casque/thorax et aile/thorax (document 3) :

Détails vus à la loupe binoculaire de la jonction aile-thorax (a et b) et de la jonction casque-thorax (c et d)

Une structure similaire est observée pour l'articulation du casque et de l'aile : une petite pièce sclérifiée, comparable en taille et en aspect, est intégrée au sein d'un espace cuticulaire plus souple et plus fin (flêche).

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>> Film du développement d'un membracidé (document 4) :

     

Développement du membracidé Publilia modesta. Pour accéder à quelques annotations du film, cliquez sur les imagettes.
(shed = mue; to unfold = se développer, se déplier; wings = ailes; helmet = casque; veins = nervures).
La durée réelle du film est indiquée en bas à gauche des imagettes.

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>> Localisation de l'expression des gènes du développement des ailes (document 5) :

Chez tous les insectes, le développement des ailes sur les segments T2 et T3 fait intervenir une série de gènes dont le premier est le gène NUB puis les gènes DLL et HTH.

Les photographies ci-dessous ont été obtenues par marquage et localisation de l'expression des gènes de développement des ailes par anticorps spécifiques.

Au cours du développement d'un membracidé :

Au cours du développement d'un coléoptère (carabidé) :

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>> Contrôle de l'activité des gènes de mise en place des ailes (document 6) :


Developpement d'un coléoptère (carabidé) :

Développement d'un membracidé :

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>> Rôle du gène SCR des membracidés (document 7) :

Dans un élevage ont obtient 2 lots de drosophiles :

- le premier lot est issu d'oeufs et de larves de drosophiles dont l'expression du gène SCR d'origine est amplifiée,

- le deuxième lot est constitué de drosophiles après surexpression du gène SCR de membracidé préalablement introduit dans une larve de drosophile.

 e- Drosophile issue du premier lot;  f- drosophile issue du second lot; g- détail du thorax de la drosophile f (les flêches montrent que le développement des ailes est bloqué).

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Vous êtes chercheur en biologie du développement à l'université et vous travaillez sur des animaux un peu particuliers : les membracidae.

Vous découvrez que ces animaux, appartenant au groupe des insectes, présentent une modification de leur plan d'organisation par l'apparition et le développement extraordinaire d'une 3ème paire d'ailes originale et modifiée en une structure appelée 'casque'.

Devant vos confrères chercheurs vous devez présenter vos documents et les arguments pour :

1) Montrer que ce 'casque' des membracidae correspond bien à une 3ème paire d'ailes modifiée.

2) Montrer que ce changement de plan d'organisation n'est pas dû à une modification du gène de développement contrôlant l'apparition des ailes dans le premier segment thoracique de l'insecte.

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Complément concernant le gène SCR et son action :

Document montrant l'évolution du lien régulatoire entre le gène SCR et le développement des appendices thoraciques dorsaux :

- Le nœud n°1 montre la présence du gène Scr dans le segment thoracique T1 (le gène Scr ne s'exprime que dans les segments antérieurs (tête et T1), et non sur des segments plus postérieurs (donc ni T2 ni T3). En revanche d'autres gènes de la famille Hox (à laquelle appartient Scr) s'expriment dans ces segments plus postérieurs (T2, T3 et les segments abdominaux).

- Le noeud n°2 montre la mise en place des gènes des appendices alaires dans les 3 segments thoraciques ;

- Le nœud n°3 montre la mise en place de l'interaction entre le produit de Scr et le gène de l'appendice alaire de T1;

- Enfin le noeud n°4 présente la rupture de l'interaction entre le produit de Scr et le gène de l'appendice alaire de T1 qui ce serait produit chez les membracidés et leur ancêtre commun.

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>> Avec l'aimable autorisation et la collaboration de Mr Benjamin Prod'homme, Institut de Biologie du Développement de Marseille-Luminy, CNRS UMR 6216, case 907, Parc scientifique de Luminy.

>> Toutes les données sont visibles dans l'article de la revue Nature du 05 Mai 2011 :
Body plan innovation in treehoppers through the evolution of an extra wing-like appendage.
http://www.nature.com/nature/journal/v473/n7345/full/nature09977.html