Évolution des opsines visuelles chez les vertébrés

Les vertébrés, qui incluent des animaux avec des colonnes vertébrales comme les poissons, les oiseaux et les mammifères, ont plein de manières de voir. Leur vision est surtout influencée par des protéines spéciales dans leurs yeux qu'on appelle les opsines visuelles. Ces protéines aident à détecter la lumière et se trouvent dans différents types de cellules de la rétine, qui est la couche sensible à la lumière au fond de l'œil. Les différents types d'opsines permettent aux vertébrés de voir différentes couleurs et niveaux de luminosité.

#Types d'Opsines Visuelles

Il y a cinq groupes principaux d'opsines visuelles chez les vertébrés :

1. Opsines sensibles aux longues longueurs d’onde (LWS) : Ces opsines sont sensibles à des longueurs d'onde de lumière plus longues, plutôt vers la partie rouge du spectre.
2. Opsines sensibles aux courtes longueurs d’onde (SWS1 et SWS2) : Celles-ci sont réglées sur des longueurs d'onde plus courtes, surtout dans la plage bleue.
3. Opsines sensibles aux longueurs d’onde moyennes (RH2) : Ces opsines réagissent à la lumière verte.
4. Rhodopsine Dim-Light (RH1) : Cette opsine aide à voir dans des conditions de faible luminosité.

On pense que ces opsines ont évolué à partir de formes plus anciennes selon deux grandes idées :

1. Une seule duplication suivie de deux rounds de duplication génomique complète chez l'ancêtre des vertébrés.
2. Plusieurs duplications ont eu lieu avant ces duplications génomiques complètes.

#Importance de Comprendre l'Évolution Visuelle

Comprendre comment ces opsines ont évolué est super important parce que ça donne des pistes sur comment différents types de vision, comme la vision des couleurs, se sont développés chez les vertébrés. Ça pourrait aussi expliquer comment diverses caractéristiques visuelles aident ces animaux à se comporter dans leur environnement.

La recherche sur les vertébrés sans mâchoires, comme les lamproies, peut donner des infos mieux précises sur ce processus évolutif. Cependant, des études précédentes ont eu du mal à cause du manque de données génomiques détaillées, ce qui a rendu difficile de tirer des conclusions claires.

#Recherche sur les Opsines Visuelles des Lamproies

Des recherches récentes se sont concentrées sur l'analyse des Génomes de différentes espèces de lamproies. Les lamproies sont des poissons anciens et possèdent un ensemble unique d'opsines visuelles par rapport aux vertébrés à mâchoires (comme les humains, les oiseaux, et d'autres poissons). En examinant les données génomiques de deux espèces de lamproies de l'hémisphère sud et de quatre de l'hémisphère nord, les scientifiques ont effectué une recherche détaillée sur les opsines visuelles et comparé leurs structures chromosomiques.

Les résultats suggèrent que les opsines visuelles dans la lamproie à poches sont le meilleur exemple de vertébrés sans mâchoires, tandis que d'autres espèces de lamproies ont souvent perdu ou changé ces Gènes.

#Localisations Chromosomiques des Opsines Visuelles

En ce qui concerne leur arrangement sur les Chromosomes, les vertébrés à mâchoires et sans mâchoires montrent des schémas distincts. Par exemple, dans la lamproie à poches, certaines opsines, comme RH2 et SWS2, sont situées près les unes des autres. Dans d'autres lamproies, RH1 et LWS se trouvent aussi proches, avec quelques exceptions. Chez les vertébrés à mâchoires, LWS et SWS2 sont aussi situés près l'un de l'autre.

Comprendre où ces gènes sont localisés sur les chromosomes peut aider à soutenir l'idée de multiples anciennes duplications plutôt qu'une seule duplication.

#Analyse Phylogénétique

Les chercheurs ont créé un grand alignement, combinant des gènes autour des opsines visuelles de toutes les espèces de lamproies et ont effectué l'analyse phylogénétique. Les résultats ont montré que ces gènes tombent dans six groupes liés sur les chromosomes. Cela soutient l'idée que les vertébrés sans mâchoires auraient pu subir un processus spécifique de triplication génomique il y a longtemps.

On a trouvé que la séparation des gènes RH1 et RH2 correspond à la première duplication entière du génome. L'étude a aussi indiqué que les chromosomes manquant certains gènes d'opsines visuelles tendent à avoir moins de gènes apparentés.

#Une Nouvelle Vision sur l'Évolution des Opsines Visuelles

L'évolution proposée des opsines visuelles et leur relation chez les vertébrés suggèrent que les idées précédentes sur le nombre d'opsines originales pourraient avoir sous-estimé leur complexité. Les résultats confirment qu'il y a probablement eu plusieurs duplications anciennes en tandem, entraînant des pertes significatives de ces gènes d'opsines visuelles chez les vertébrés à mâchoires et sans mâchoires.

Les idées antérieures proposaient que seulement deux gènes d'opsines visuelles existaient avant la première duplication complète du génome. Ce scénario plus simple nécessitait moins d'événements de perte de gènes, mais les nouvelles recherches privilégient une histoire plus complexe de duplication et de perte de gènes.

#Gènes GNAT

L'étude a aussi examiné les gènes GNAT, qui sont liés aux opsines visuelles et jouent un rôle dans le processus de signalisation des cellules photoréceptrices des vertébrés. Les résultats suggèrent que les vertébrés sans mâchoires utilisent différents gènes GNAT par rapport aux vertébrés à mâchoires. Cela indique un chemin évolutif plus complexe pour les systèmes visuels dans ces deux groupes, remettant en question les hypothèses précédentes sur leurs relations.

#Conclusion

La recherche met en avant une histoire compliquée sur la façon dont les opsines visuelles ont évolué chez les vertébrés. De nombreuses duplications de gènes et des pertes significatives ont eu lieu au fil du temps. Ce travail souligne l'importance d'étudier des animaux qui peuvent ne pas sembler très liés aujourd'hui, comme les lamproies, pour découvrir l'histoire plus profonde de la vision des vertébrés.

En résumé, comprendre comment les opsines visuelles ont changé chez les vertébrés aide à éclairer comment ces animaux perçoivent leur monde, ce qui est crucial pour leur survie et adaptation. L'évolution complexe montre que même des caractéristiques apparemment similaires peuvent avoir des origines et des processus très différents derrière elles.