POISSON-ZÈBRE ou DANIO RERIO

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Pourquoi le poisson-zèbre est-il devenu un animal modèle ?

Le poisson-zèbre présente plusieurs avantages expérimentaux importants : génétique puissante, mais surtout facilité de manipulation et d’observation des embryons. Sa transparence permet d’observer in vivo ce qui ne peut l’être chez la souris que sur des suspensions de cellules ex vivo, ou sur des coupes d’organes.

Embryon de poisson-zèbre âgé de soixante heures

Photographie : Embryon de poisson-zèbre âgé de soixante heures

Un embryon de poisson-zèbre âgé de deux jours et demi a été sorti de son chorion pour une meilleure observation. Cet embryon a été traité pour bloquer l'apparition des pigments, et est donc entièrement transparent. Dans la queue (en bas), on peut voir, en zone ventrale (à gauche), un... 

Crédits : Jean-Pierre Levraud

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Contrairement aux mammifères, la fécondation est externe. Pourchassées par les mâles, les femelles libèrent leurs ovules en pleine eau, les mâles émettent leur laitance, la fertilisation a lieu dans les secondes qui suivent. Une femelle pond environ une centaine d’œufs, et peut recommencer cinq jours plus tard. Les œufs, d’un millimètre de diamètre, sont laissés à eux-mêmes au fond de l’aquarium. Ce dernier est équipé d'un système de double fond troué qui permet de les récolter aisément lorsqu’ils viennent d’être fécondés. On les dispose alors souvent dans des boîtes de Pétri où il est facile d’observer le développement de l’embryon, bien protégé par le chorion, une enveloppe souple et transparente. On peut, à ce stade, très facilement tester l’effet de divers médicaments sur ce développement, en les ajoutant à l’eau dans laquelle l’œuf baigne, à condition que les molécules puissent franchir les membranes cellulaires. Les substances qui ne peuvent pas pénétrer spontanément ces barrières – dont les acides nucléiques, pour les manipulations génétiques – peuvent être micro-injectées, ce qui est fait le plus couramment dans l’heure suivant la fécondation, quand l’embryon n’est encore composé que d’une cellule. Ainsi, l’animal entier sera affecté.

Micromanipulation du poisson-zèbre

Dessin : Micromanipulation du poisson-zèbre

En a, les œufs pondus par la femelle dans l'eau de l'aquarium sont fécondés par les spermatozoïdes émis par le mâle. Les œufs fécondés tombent sur le fond du bac en passant au travers d'une résille métallique à maille fine. En b, les œufs collectés sont placés dans les rainures... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le chorion étant transparent, le développement de l’embryon peut être observé aisément avec une simple loupe binoculaire, dès les phases les plus précoces. L’embryon lui-même est totalement transparent au début, et chaque cellule peut être distinguée au microscope. Une pigmentation noire apparaît un jour après la fécondation, mais elle peut être facilement stoppée en ajoutant à l’eau une molécule qui bloque la synthèse de la mélanine : la transparence est alors maintenue pendant une semaine ou plus. Toutefois, la mélanine n’est pas le seul pigment du danio zébré et, chez l’adulte, les cellules argentées (iridophores) gênent encore plus l’observation que les cellules noires (mélanophores). Les chercheurs ont alors sélectionné des danios doublement mutants (surnommés « casper »), dépourvus de ces deux types de pigments, et donc transparents même chez l’adulte.

Poisson-zèbre, mutant « casper »

Photographie : Poisson-zèbre, mutant « casper »

Afin de pouvoir poursuivre l'observation de l'intérieur de l'animal bien après le stade larvaire, on supprime d'abord la production du pigment noir, puis celle d'un pigment donnant une teinte irisée. On obtient ainsi le mutant « casper », qui reste transparent à l'âge adulte. 

Crédits : Jean-Pierre Levraud

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Le développement embryonnaire est rapide. En quelques jours, l’embryon passe d’une cellule unique à un individu autonome. Selon la température, l’œuf éclot en deux ou trois jours, et il en émerge une larve longue de 3 millimètres. Un jour plus tard, elle commence à chasser des proies planctoniques. La maturation de la plupart des organes est très rapide, à l’exception des gonades, la maturité sexuelle n’étant atteinte qu’en trois mois environ. Le cœur commence à battre moins de vingt-quatre heures après la fécondation, et on peut facilement observer la circulation des cellules sanguines dès le jour suivant.

Enfin, la génétique du poisson-zèbre est puissante. Le danio s’est enraciné dans la communauté scientifique grâce à la production de centaines de mutants par mutagenèse aléatoire dans les années 1990, impliqués, entre autres, dans la pigmentation (albino, colourless), l’établissement des axes (no tail, one-eyed pinhead), la formation des yeux (masterblind), des oreilles (van gogh), ou des vaisseaux sanguins (cloche)… Les outils génétiques se sont depuis largement perfectionnés. Les chercheurs disposent à présent d’une séquence du génome de grande qualité. La facilité d’injection des œufs décrite ci-dessus et la descendance abondante facilitent l’introduction de nouveaux gènes par transgénèse. L’une des applications les plus courantes de la transgenèse du danio est la génération de poissons « rapporteurs », dont une population cellulaire d’intérêt exprime spécifiquement une protéine fluorescente : avec un microscope à fluorescence, on peut alors observer le comportement de ces cellules chez l’animal anesthésié. Il existe des centaines de poissons-zèbres rapporteurs permettant d’étudier de très nombreux types cellulaires, largement partagés [...]

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Danio rerio, poisson-zèbre

Danio rerio, poisson-zèbre
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Embryon de poisson-zèbre âgé de soixante heures

Embryon de poisson-zèbre âgé de soixante heures
Crédits : Jean-Pierre Levraud

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Micromanipulation du poisson-zèbre

Micromanipulation du poisson-zèbre
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Poisson-zèbre, mutant « casper »

Poisson-zèbre, mutant « casper »
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Jean-Pierre LEVRAUD, « POISSON-ZÈBRE ou DANIO RERIO », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/poisson-zebre-danio-rerio/