Le gène MC1R et les couleurs des plumes chez le poulet domestique

Le coq bankiva d’Asie du Sud-Est arbore, dans l’ensemble, une apparence assez uniforme. Ses descendants des basses-cours, eux, affichent presque toutes les variations possibles.

Chez les poulets domestiques, on observe des plumages uniformément noirs, d’un blanc éclatant, tachetés, barrés, ainsi que des dizaines d’intermédiaires.

Et cette vaste palette s’est mise en place très rapidement - à l’échelle du temps relativement court qui s’est écoulé depuis que l’être humain a commencé à élever ces oiseaux.

Pendant longtemps, l’origine de cette diversité est restée difficile à expliquer. Une équipe de la Faculté de médecine vétérinaire et de sciences biomédicales (VMBS) de Texas A&M a désormais relié ce phénomène à un seul gène au comportement inhabituel.

Les poulets constituent un modèle particulièrement pratique pour ce type de question. Après des millénaires de sélection, leur génome conserve une trace d’une finesse remarquable des changements évolutifs.

Un interrupteur au cœur des cellules pigmentaires

La couleur des plumes dépend en grande partie d’un récepteur appelé MC1R. Il est situé à la surface des cellules pigmentaires et fonctionne comme un interrupteur.

Lorsqu’il est fortement activé, la cellule fabrique des pigments noirs et bruns. Lorsqu’il est moins actif, cette même cellule produit plutôt des pigments rouges et jaunes.

« Cette étude a mis en évidence une évolution ultrarapide d’un gène nommé MC1R, qui joue un rôle essentiel dans la pigmentation chez les poulets et d’autres vertébrés, y compris l’être humain », a déclaré le Dr Leif Andersson, professeur au département des biosciences vétérinaires intégratives de la VMBS.

Ce gène intervient également dans la couleur du pelage chez le porc, le chien et la souris. Chez l’être humain, il contribue aussi à déterminer la teinte des cheveux et de la peau.

Plus de dix mille génomes de poulets

Les chercheurs ont extrait la séquence de MC1R chez 10026 oiseaux. L’échantillon regroupait des coqs bankiva sauvages et 910 poulets domestiques provenant de 393 races et lignées.

Avec une collecte de cette ampleur, il devient possible de repérer des régularités qui passeraient inaperçues sur un petit nombre d’individus. La plupart des coqs bankiva sauvages conservaient encore des versions ancestrales simples, tandis que les oiseaux domestiques présentaient un éventail bien plus large de variantes.

« Cela nous a donné une image complète de la diversité génétique au locus MC1R chez le poulet », a indiqué Andersson.

« Nous continuons d’utiliser ce jeu de données pour analyser plus avant d’autres gènes. »

Des combinaisons de couleurs de plumes inattendues

Une idée classique consistait à relier une mutation unique à un caractère de couleur précis. Un oiseau noir aurait porté une modification donnée, un oiseau roux une autre, chaque mutation agissant de manière isolée.

Mais les résultats obtenus sur un si grand nombre de poulets ne correspondaient pas à ce schéma. À partir de seulement neuf mutations fréquentes, les chercheurs ont observé 18 versions distinctes du gène.

« Normalement, lorsque nous identifions une variante génétique responsable d’un trait spécifique avec une hérédité monogénique simple, nous trouvons le plus souvent une seule mutation à l’origine du phénotype », a expliqué Andersson.

« Ici, nous montrons que plusieurs mutations, aux effets différents sur la fonction de la protéine, entraînent des variations des phénotypes de pigmentation. »

Quand les recombinaisons font exploser le nombre de variantes

Le mécanisme qui permet d’obtenir autant de versions repose sur un processus appelé conversion génique.

De courts segments d’ADN peuvent être copiés d’une version du gène à une autre, ce qui assemble, au sein d’une même séquence, des mutations apparues initialement séparément. L’exon concerné, caractérisé par une teneur inhabituellement élevée en G et en C, semble favoriser ce type d’échanges.

Ce genre de recombinaison ne se contente pas de déplacer les mutations : il multiplie les agencements possibles. Ainsi, quelques changements peuvent générer bien plus de combinaisons que leur simple nombre ne le laisserait supposer.

« On peut dire que le résultat de ces recombinaisons est que un plus un égale quatre plutôt que seulement deux », a déclaré Andersson.

« Si deux mutations différentes surviennent à des positions distinctes dans le gène, la recombinaison peut créer de nouvelles combinaisons, produisant quatre variantes différentes au lieu de seulement deux. »

Les couleurs des plumes de poulet ont évolué à grande vitesse

« Le changement évolutif est généralement un processus lent, mais ici nous montrons que de nombreuses mutations ont été sélectionnées sur une période relativement courte », a affirmé Andersson.

« Les différentes variantes du gène résultent de l’accumulation de nouvelles mutations et d’un processus combinatoire où différentes combinaisons de mutations produisent différents motifs de pigmentation. »

La plupart de ces modifications semblent s’être imposées après la domestication. Cette période remonte à environ 1000 ans, ce qui représente un instant à l’échelle de l’évolution.

Des mutations qui règlent finement la signalisation

Toutes les mutations n’ont pas le même effet. En laboratoire, l’équipe a reconstruit chaque variante et a observé comment elle modifiait le comportement du récepteur.

Certaines altérations bloquaient l’interrupteur en position « marche » : le récepteur continuait à envoyer un signal même sans stimulation. Ces variants étaient associés aux plumages les plus sombres, notamment les types noir étendu et bouleau.

D’autres modifications atténuaient le signal ou changeaient la zone d’interaction entre le récepteur et sa protéine partenaire. Ces ajustements plus modestes correspondaient à des plumages plus clairs, observés chez des oiseaux bruns, « bouton-d’or » et froment.

Une version courante cumulait trois de ces changements. La teinte finale qui en résultait reflétait l’addition des trois effets.

Le mécanisme de brassage et le cas du blanc

Certains des effets les plus marqués apparaissaient chez des oiseaux sans couleur visible. Le plumage blanc pur existe sous deux formes - blanc dominant et blanc récessif - chacune déclenchée par un gène différent.

MC1R n’est à l’origine d’aucun de ces deux blancs. En revanche, il influence l’équilibre des mécanismes qui les sous-tendent.

Chez les oiseaux blanc dominant, les versions de MC1R observées tendaient à produire davantage de pigment noir. Chez les oiseaux blanc récessif, on retrouvait plus souvent des versions qui, au contraire, freinent cette production.

Autrement dit, le gène qui permet d’obtenir des couleurs marquées contribue aussi à déterminer à quel point le blanc apparaît « net ». Dans ce contexte, il agit comme un modificateur, en amplifiant ou en diminuant l’effet d’un autre gène.

Ces résultats dépassent largement le cadre de l’aviculture. Pour les éleveurs, comprendre ces mécanismes génétiques ouvre des pistes pour maintenir, génération après génération, les standards de couleur propres à chaque race.

« Une piste importante pour les recherches futures est d’explorer à quel point ce mécanisme de brassage est répandu dans le règne animal », a déclaré Andersson.

« Est-il plus fréquent dans certaines régions du génome et chez certaines espèces ? »