Génomique et production de caviar: contrôler le sexe des esturgeons

La détermination du sexe chez l'esturgeon est une énigme pour les biologistes. Au-delà de la question scientifique, l'enjeu économique est majeur en aquaculture pour la production du caviar, un produit spécifique des femelles. Une équipe internationale de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) menée par le Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries en Allemagne, en partenariat en France avec INRAE, le SYSAAF (Syndicat des Sélectionneurs Avicoles et Aquacoles Français), et deux entreprises privées, l'Esturgeonnière et SCEA Sturgeon, vient de découvrir une séquence d'ADN spécifique du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une...) des esturgeons de sexe (Le mot sexe désigne souvent l'appareil reproducteur, ou l’acte sexuel et la...) femelle (En biologie, femelle (du latin « femella », petite femme, jeune femme) est le...). Cette séquence est retrouvée chez les femelles de nombreuses espèces d'esturgeons. Son origine remonte à un ancêtre commun (En phylogénie, un ancêtre commun à plusieurs espèces est l'individu le plus...) à ces espèces, il y a plus de 180 millions d'années. Cette découverte constitue une avancée majeure en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) évolutive. Elle ouvre aussi de nouvelles perspectives sur la compréhension de la détermination du sexe des esturgeons et son contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) en élevage.


Depuis des décennies, les scientifiques cherchent des marqueurs génétiques spécifiques du sexe des esturgeons. En effet, contrairement à d'autres espèces de vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa...) comme les mammifères, les esturgeons n'ont pas de chromosomes¹ sexuels différentiés que l'on pourrait identifier par un examen au microscope de leur caryotype². Jusqu'à présent, la manière la plus courante de déterminer le sexe des poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18...) est un examen par échographie sur des animaux adultes, dont les organes sexuels sont déjà développés, ce qui n'est possible qu'après plusieurs années d'élevage.

Grâce au séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des...) génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement...), réalisé par INRAE, d'une cinquantaine de mâles et de femelles de sterlets (une des espèces d'esturgeon), les scientifiques ont identifié une région génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) spécifique des femelles sterlet. Grâce à des échantillons d'autres espèces mis à disposition par les entreprises françaises, les scientifiques ont pu confirmer que cette région génétique spécifique des femelles est commune à de nombreuses autres espèces d'esturgeons. Cette découverte constitue une avancée majeure pour la connaissance du déterminisme du sexe des esturgeons. Elle permet aussi d'élaborer des tests de sexage génétique beaucoup plus fiables et plus précoces que les techniques d'échographie actuellement utilisées.

Une région génétique conservée au cours de l'évolution de cette famille de poissons

Les esturgeons constituent l'un des plus anciens groupes de poissons osseux. Ils ont subi, au cours de leur évolution, plusieurs duplications complètes de leur génome. Ces duplications génomiques aboutissent à un doublement du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) initial de chromosomes, suivies, au cours de l'histoire évolutive, de nombreuses pertes ou modification de leur information génétique respective. Ceci pose l'intrigante question du devenir des chromosomes sexuels ainsi dupliqués et de la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) des mécanismes de détermination sexuelle. En effet, la duplication des chromosomes sexuels présente un risque de déviation de l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) vers des populations constituées uniquement de mâles ou uniquement de femelles. Pourtant, la région découverte par les chercheurs est restée la même chez au moins six espèces d'esturgeon, alors que le génome de certaines d'entre elles a été dupliqué plusieurs fois au cours de 180 millions d'années d'évolution. Ce résultat inattendu soulève de nouvelles questions pour les chercheurs sur l'évolution de cette région particulière et des mécanismes de régulation qui lui sont associés.

Une application directe pour l'aquaculture et la production de caviar

Le caviar est un produit issu de la transformation des oeufs d'esturgeon. Sa production nécessite donc l'élevage de femelles. Actuellement, les pisciculteurs utilisent un examen échographique pour différencier les mâles et les femelles esturgeons. Cependant, cet examen, compliqué à réaliser, n'est pas complétement fiable et ne peut se faire que lorsque les animaux ont atteint la puberté (La puberté est une étape du développement humain marquant la transition de l'enfance...) (au moins 2 ans). Les mâles sont alors revendus pour leur chair, et les femelles sont conservées jusqu'à la production d'oeufs. La découverte de la séquence d'ADN spécifique du sexe femelle permettra désormais, grâce à un test génétique extrêmement fiable, de déterminer le sexe des poissons très tôt après l'éclosion.

La découverte de cette région génétique spécifique aux femelles chez les esturgeons est une véritable avancée en biologie. Ce résultat soulève de nouvelles questions pour les scientifiques: comment expliquer l'évolution de cette région particulière ? Quels sont les mécanismes moléculaires associés qui contrôlent la différenciation du sexe chez ces espèces ? Pour l'aquaculture, la mise au point (Graphie) de ces tests de sexage, plus fiables que l'échographie, permet une sélection précoce des poissons les plus intéressants pour la production de caviar. Cette découverte ouvre aussi de nouvelles perspectives pour faciliter les mesures de conservation des différentes espèces d'esturgeons la plupart en voie de disparition (comme l'esturgeon d'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) uniquement encore présent en Gironde) grâce à la mise au point d'un test de sexage non-invasif pour les programmes de réintroduction de l'espèce et pour caractériser la distribution du sexe dans les populations sauvages.

Notes:
(1) Un chromosome (Le chromosome (du grec khroma, couleur et soma, corps, élément) est l'élément...) est un élément microscopique constitué d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) d'ADN et de protéines qui porte une partie des gènes d'un organisme vivant.
(2) Un caryotype est l'arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les...) standard de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des chromosomes d'une cellule, à partir d'une prise de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) microscopique.

Référence:
Heiner Kuhl et al. A 180 My-old female-specific genome region in sturgeon reveals the oldest known vertebrate sex determining system with undifferentiated sex chromosomes, Philosophical Transactions of the Royal Society B (sous presse, accepté le 23 octobre 2020) - preprint disponible sur BioRxiv: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.10.10.334367v2

Cette étude a été réalisée dans le cadre des trois projets de recherche suivants:

- Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) ANR STURGEoNOMIC (2017-2020) - Approches génomiques pour l'amélioration de l'aquaculture dans deux espèces d'esturgeons marins: Esturgeon Atlantique (Acipenser oxyrinchus) et Beluga (Huso huso)

- Le projet S'Sturgeon (2018-2021). Développement d'outils et de stratégies de Sélection génomique pour l'amélioration de la filière (Une filière est une suite de formalités, d'emplois à remplir avant d'arriver à...) caviar d'eSTURGEON en France. Soutenu par le Fond Européen pour les Affaires Maritimes et la Pêche (FEAMP).

- Le projet Siber'Sex (2017-2021). Amélioration de la filière Caviar chez l'Esturgeon SIBERien, Acipenser baerii par un contrôle génétique de la production de populations monoSEXes femelles (Siber'Sex). Soutenu par le FEAMP.