Comment quelques gènes maîtres peuvent-ils remodeler tout un plan corporel ?

Quelques gènes maîtres peuvent remodeler un corps, car ils ne construisent rien eux-mêmes. Ce sont des interrupteurs : ils disent aux cellules quoi devenir, et où. Change le moment ou l'endroit où un interrupteur bascule, et le corps change. Les nouvelles formes de corps viennent donc souvent d'un recâblage de vieux interrupteurs, pas de l'invention de nouveaux gènes.

Les mouches du vinaigre montrent la puissance d'un seul interrupteur. Un gène appelé Antennapedia aide normalement à faire pousser des pattes sur un segment de la mouche. Une seule mutation peut l'allumer dans la tête. La mouche fait alors pousser des pattes à la place de ses antennes.

Les gènes de ce type, appelés gènes Hox, organisent le corps de la tête à la queue. Comme un metteur en scène, ils ne jouent pas dans la pièce : ils décident de ce qui va où. Leur ordre sur le chromosome reflète en général l'ordre des parties du corps qu'ils contrôlent. En 1995, Edward Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard et Eric Wieschaus ont reçu le prix Nobel pour avoir identifié des gènes clés du plan d'organisation de la mouche.

La plus grande surprise est venue des yeux. Des biologistes comme Ernst Mayr pensaient que l'œil était apparu au moins 40 fois, indépendamment. Puis, en 1994, Walter Gehring a fait une découverte. Le gène pax-6, indispensable à l'œil de la mouche, correspond à un gène qui forme l'œil chez la souris et l'humain. Le Pax6 de souris peut même déclencher le développement d'un œil chez une mouche, alors que les yeux de mouche et de souris sont bâtis très différemment.

Ces interrupteurs sont anciens. Les gènes Hox seraient apparus il y a plus de 550 millions d'années. Pourtant, une mouche fonctionne presque normalement avec une protéine Hox de poulet à la place de la sienne. L'évolution réutilise sans cesse cette vieille boîte à outils. Chez un des pinsons de Darwin, un gène de la boîte à outils appelé BMP a contribué à agrandir le bec.