Des chercheurs identifient pangu comme le gène qui détermine le développement mâle chez la carpe commune

Un minuscule gène détermine un choix majeur du développement

Selon une étude publiée dans Science Advances, un gène codant un peptide de seulement 76 acides aminés peut déterminer si la carpe commune développe des testicules ou des ovaires. Baptisé pangu, il se trouve dans une séquence d’ADN de 1 487 paires de bases sur le chromosome Y. Son inactivation a provoqué le développement d’ovaires chez des carpes génétiquement mâles ; son introduction chez des carpes génétiquement femelles a entraîné le développement de testicules.

Cette découverte établit le premier gène maître de détermination du sexe validé expérimentalement chez les Cyprinidés, une vaste famille de poissons d’eau douce largement répandue. Les preuves les plus solides proviennent d’expériences menées sur la carpe commune du fleuve Jaune, complétées par des tests fonctionnels chez la carpe rouge et la carpe koï. Elles ne démontrent pas que toutes les espèces de cette famille utilisent le même gène.

Le professeur Hu Wei, de l’Université océanique de Shanghai, a dirigé cette collaboration avec l’Institut d’hydrobiologie de l’Académie chinoise des sciences et d’autres établissements. Ces travaux font suite à plus de dix ans de recherches. Les chercheurs ont nommé le gène d’après Pangu, le créateur primordial de la mythologie chinoise qui sépara le ciel et la terre, en référence à son rôle dans le déclenchement du développement mâle.

L’étude publiée dans Science Advances, intitulée A helix-loop-helix gene orchestrates male fate in common carp, paraît dans le volume 12, numéro 41. Les métadonnées de la revue indiquent une date de publication au 9 octobre 2026, tandis que les annonces évoquent une publication le 10 octobre, heure de Pékin. Ces dates s’expliquent par le décalage horaire.

Pourquoi la découverte de ce mécanisme a été difficile

La carpe commune possède un système de détermination génétique du sexe XX/XY : les femelles portent généralement deux chromosomes X et les mâles un chromosome X et un chromosome Y. Mais connaître cette organisation ne permettait pas d’identifier le gène qui oriente l’organe reproducteur en développement vers la formation de testicules plutôt que d’ovaires.

Avant ces travaux, les génomes de carpe commune publiés et décrits dans l’article provenaient de femelles XX. Les chercheurs ne disposaient donc pas d’un génome de référence mâle contenant la séquence du chromosome Y qu’ils devaient étudier. Les séquences d’ADN répétées et le génome dupliqué de l’espèce compliquaient davantage la recherche.

La carpe commune est allotétraploïde : son génome réunit deux jeux ancestraux de chromosomes, désignés A et B, issus d’une hybridation. Selon l’article, ces lignées ancestrales ont divergé il y a environ 23 millions d’années, puis se sont réunies il y a environ 12,4 millions d’années. La présence de copies similaires de gènes et de régions d’ADN peut compliquer l’identification d’une séquence spécifiquement associée aux mâles.

Cette lacune était d’autant plus frappante que des gènes de détermination du sexe étaient déjà connus chez d’autres poissons. L’introduction de l’étude recense au moins 28 gènes distincts chez environ 140 espèces de téléostéens réparties dans une vingtaine de familles. Pangu vient combler une lacune dans ce tableau chez les Cyprinidés, sans pour autant établir une règle universelle pour les poissons.

De 101 poissons à une petite insertion sur le chromosome Y

L’équipe a d’abord assemblé le génome d’une carpe mâle du fleuve Jaune, qui s’étend sur 1,67 milliard de bases d’ADN réparties en 50 séquences chromosomiques. Elle a ensuite séquencé à nouveau 50 frères et sœurs mâles et 50 femelles, ainsi que leur mère, soit un groupe de comparaison de 101 poissons.

En comparant la représentation des fragments d’ADN chez les mâles et les femelles, les chercheurs ont d’abord identifié 428 fragments candidats spécifiques aux mâles. Ils en ont retenu deux parmi les plus prometteurs pour une validation plus poussée. L’un des fragments confirmés, long de 847 paires de bases, s’est révélé inclus dans une insertion plus vaste, près de l’extrémité du chromosome B25.

Le clonage et le séquençage ont établi que cette région plus vaste contenait 1 487 paires de bases spécifiques aux mâles. Une analyse indépendante de la couverture de l’ADN a également désigné la même région chromosomique. Des tests sur des populations de carpes communes géographiquement diverses ont confirmé l’association de cette séquence avec les mâles.

L’imagerie des chromosomes a apporté une autre confirmation. Une sonde ciblant la séquence a produit des signaux chez les mâles XY et YY, mais pas chez les femelles XX. Les poissons YY présentaient deux fois plus de signaux que les poissons XY, ce qui concorde avec la présence de la séquence sur le chromosome Y. Ces tests ont établi la localisation du gène candidat, mais des expériences fonctionnelles restaient nécessaires pour déterminer son rôle.

Pangu s’active avant la formation des testicules

Dans l’insertion du chromosome Y, l’équipe a identifié un gène produisant un transcrit de 447 bases, doté d’une séquence codante de 231 bases. Celle-ci code le peptide Pangu, long de 76 acides aminés. Des recherches dans une grande base de données de protéines n’ont révélé aucune similarité significative avec des gènes déjà annotés.

Pangu contient un domaine hélice-boucle-hélice, une caractéristique structurelle qui peut permettre aux protéines d’interagir avec d’autres protéines participant à la régulation de l’activité génétique. L’analyse n’a pas mis en évidence de preuves solides de la présence du domaine basique adjacent, généralement associé à la liaison directe à l’ADN chez certaines protéines de cette classe. Cette distinction compte pour comprendre comment Pangu pourrait réguler ses cibles en aval.

Le calendrier d’activité du gène correspondait également à un rôle dans l’orientation du développement sexuel. Ses transcrits ont été détectés à partir du 19e jour après la fécondation, avant le début rapporté de la différenciation sexuelle visible, au 35e jour. L’expression a atteint un pic au 64e jour, puis a diminué après le 92e jour.

L’analyse de cellules individuelles a montré que l’expression était la plus forte dans un sous-ensemble de cellules identifiées comme des cellules de Sertoli putatives. Ces cellules de soutien sont associées au développement des testicules, contrairement aux cellules germinales qui produisent finalement les spermatozoïdes. L’imagerie des tissus a également confirmé une expression associée aux cellules de Sertoli. D’autres régulateurs connus ont atteint leur pic d’expression plus tard, ce qui concorde avec une intervention de Pangu au début de la séquence de développement.

L’inactivation et l’ajout du gène ont inversé le développement

Les expériences décisives ont testé les deux sens du mécanisme proposé. À l’aide de l’édition CRISPR, les chercheurs ont perturbé pangu chez des carpes XY. À partir du 35e jour après la fécondation, les gonades en développement ont formé une cavité ovarienne et suivi un parcours de développement ovarien, jusqu’à produire des ovaires présentant des signes de développement ovocytaire.

Les changements ne se limitaient pas à l’apparence des tissus. Le gène de différenciation femelle foxl2 est devenu plus actif, tandis que les gènes de différenciation mâle amh et dmrt1 l’étaient moins. Les mesures des protéines ont montré la même tendance. Les taux de testostérone et de 11-cétotestostérone ont diminué, tandis que celui d’estradiol a augmenté, ce qui ressemble au profil hormonal des femelles.

Dans une expérience distincte menée chez des carpes YY, une copie fonctionnelle de pangu a été conservée. Ces poissons ont maintenu un développement gonadique mâle normal, ce qui confirme qu’une copie fonctionnelle restante pouvait soutenir la voie mâle dans les conditions étudiées.

Pour l’expérience inverse, l’équipe a introduit chez des poissons XX une construction d’ADN contenant pangu et la séquence qui l’entoure. Ces carpes génétiquement femelles ont développé des testicules, avec des signes de formation de spermatozoïdes et des profils mâles d’expression des gènes, des protéines et des hormones. L’ajout de pangu a également rétabli le développement des testicules chez des mutants XY dépourvus d’une copie fonctionnelle.

Ensemble, ces expériences montrent que pangu est nécessaire et suffisant à la détermination du sexe mâle chez les carpes communes étudiées : l’inactivation de sa fonction réoriente le développement vers des ovaires, tandis que son ajout peut le réorienter vers des testicules. Les chromosomes eux-mêmes ne passent pas de XX à XY, ni l’inverse : c’est l’issue du développement qui change.

Le blocage d’une voie ovarienne contribue à expliquer l’effet

L’étude identifie cyp19a1a comme une cible précoce de Pangu en aval. Ce gène code l’aromatase ovarienne, une enzyme impliquée dans la production d’œstrogènes. Son activité contribue à la différenciation ovarienne, ce qui en fait une voie plausible par laquelle un signal précoce de détermination mâle pourrait réorienter le développement.

Des différences d’activité de cyp19a1a étaient déjà visibles au 19e jour après la fécondation. Son expression a augmenté chez les poissons XY dont le gène pangu était perturbé et diminué chez les poissons XX porteurs du gène introduit. Plusieurs autres gènes associés à la différenciation sexuelle n’ont pas montré de changements précoces comparables.

Lors d’expériences menées sur des cellules humaines de laboratoire et sur une lignée cellulaire dérivée de nageoires de carpe koï, Pangu a réduit l’activité des régions régulatrices des deux copies de cyp19a1a. Une protéine Pangu mutante dépourvue d’un domaine hélice-boucle-hélice intact a perdu cette capacité, ce qui relie la structure du peptide à son effet régulateur.

Le test le plus probant a été réalisé sur les poissons eux-mêmes. La perturbation de cyp19a1a chez des mutants XY de pangu a rétabli le développement testiculaire, malgré la perte du mécanisme mâle proposé. Cette restauration génétique place cyp19a1a en aval de pangu : bloquer la voie ovarienne peut compenser l’absence du signal en amont. Les résultats étayent un mécanisme dans lequel Pangu favorise le développement mâle, au moins en partie, en réprimant cyp19a1a, sans pour autant établir toutes les étapes moléculaires impliquées.

Dans quelle mesure cette découverte dépasse-t-elle la carpe du fleuve Jaune ?

Les chercheurs ont détecté pangu chez des mâles représentant les deux principales sous-espèces de carpe commune. Il s’agissait de la carpe du fleuve Jaune, de la carpe rouge et de la carpe koï du groupe est-asiatique, ainsi que de la carpe miroir allemande du groupe européen. Ils ont également identifié une séquence spécifique aux mâles chez une autre espèce du genre, Cyprinus acutidorsalis.

La carpe rouge et la carpe koï ont fait l’objet d’autres tests fonctionnels. L’inactivation et l’ajout de pangu ont provoqué une inversion du sexe dans des sens opposés, comme chez la carpe du fleuve Jaune. Ces expériences apportent des preuves plus solides d’une fonction commune que la seule détection de la séquence d’ADN.

Cette distinction limite la portée des conclusions. L’article décrit un mécanisme mâle conservé au sein du genre Cyprinus, tandis que les expériences détaillées d’inversion du sexe dans les deux sens portent sur la carpe du fleuve Jaune, la carpe rouge et la carpe koï. La détection chez la carpe miroir allemande et Cyprinus acutidorsalis étend les données génétiques, mais ne correspond pas à la même série de tests fonctionnels.

De même, le fait qu’il s’agisse du premier gène maître de détermination du sexe validé dans la famille des Cyprinidés ne signifie pas que Pangu détermine le sexe dans toute cette famille. Cette découverte ouvre la voie à des recherches visant à établir quels poissons apparentés partagent ce mécanisme et lesquels en utilisent d’autres.

Un marqueur de 2009 était un indice précoce, pas la preuve d’un gène maître

Une étude publiée en 2009 sur un marqueur dans Molecular and Cellular Probes avait déjà identifié un fragment d’ADN spécifique aux mâles chez la carpe commune. Les chercheurs ont testé 220 amorces aléatoires et découvert que l’amorce S2107 produisait chez les mâles un fragment de 909 paires de bases.

Ce profil a été observé chez 30 poissons provenant de trois stocks de carpes communes. D’autres tests d’amplification et d’hybridation ont confirmé son association avec les mâles. Le fragment présentait une faible similarité avec une séquence répétée du poisson-zèbre, et aucun signal d’hybridation n’a été détecté chez la carpe herbivore.

Ces travaux ont proposé d’utiliser la séquence pour déterminer le sexe génétique des carpes du fleuve Jaune. Un marqueur peut toutefois être associé à un chromosome sexuel sans provoquer le développement mâle. La nouvelle étude va plus loin : elle identifie un gène exprimé et montre que la modification de sa fonction change le développement des gonades. Les données présentées ici ne permettent pas d’établir que le marqueur de 909 paires de bases et la région nouvellement définie de 1 487 paires de bases correspondent à la même séquence.

Les étapes de la recherche sont séparées par plusieurs années, tandis que les dates de publication désignent une même parution dans des fuseaux horaires différents :

• Octobre 2009 : l’étude antérieure fait état d’un marqueur d’ADN de 909 paires de bases associé aux carpes communes mâles.
• 9 octobre 2026 : Science Advances indique la publication de l’étude sur pangu dans le volume 12, numéro 41.
• 10 octobre 2026, heure de Pékin : les annonces situent la publication des nouveaux résultats à cette date.
• 11 octobre 2026 : un compte rendu public décrit la découverte et plus de dix ans de recherches.

Les questions encore sans réponse

Les preuves du rôle de Pangu dans le développement sont plus solides que l’explication actuelle de son mécanisme moléculaire précis. L’étude montre une répression de l’activité de cyp19a1a ainsi qu’une restauration génétique reliant les deux gènes. Elle n’établit pas encore si Pangu se lie directement à l’ADN régulateur concerné ou s’il agit par l’intermédiaire d’autres protéines.

Les auteurs soulèvent également une question concernant les cellules qui expriment pangu. Sa faible expression, limitée à certains tissus, pourrait correspondre à une population rare ou temporaire de cellules en développement de la lignée de Sertoli. Déterminer si ces cellules représentent un état précurseur précoce aiderait à comprendre comment un petit signal déclenche la formation des testicules.

Chen Kuangxin, chercheur postdoctoral à l’Université océanique de Shanghai, et Chen Ji, chercheur associé à l’Institut d’hydrobiologie, sont les premiers auteurs de l’étude, à parts égales. Les auteurs correspondants sont Hu Wei, Zhu Zuoyan, Ge Chutian, de l’Université Wanli du Zhejiang, et Vance L. Trudeau, de l’Université d’Ottawa. L’académicien He Shunping, de l’Académie chinoise des sciences, et d’autres spécialistes ont apporté conseils et assistance.

Aucun calendrier n’est indiqué pour les prochaines expériences. Le résultat central est déjà étayé par la localisation chromosomique, l’expression précoce et des tests fonctionnels dans les deux sens. Les travaux à venir devront préciser comment Pangu exerce son rôle et dans quelle mesure ce mécanisme est partagé au-delà des groupes de carpes étudiés.

Points clés

• Pangu est le premier gène maître de détermination du sexe de la famille des Cyprinidés à avoir été validé expérimentalement.
• Il code un peptide de 76 acides aminés, situé dans une région de 1 487 paires de bases du chromosome Y de la carpe commune.
• La perturbation de pangu a provoqué le développement d’ovaires chez des carpes XY ; son introduction chez des carpes XX a entraîné le développement de testicules.
• La perturbation du gène de la voie ovarienne cyp19a1a a rétabli le développement testiculaire chez les mutants de pangu.
• Les tests fonctionnels chez la carpe rouge et la carpe koï étayent l’existence d’un rôle commun, mais les résultats n’établissent pas de mécanisme universel dans toute la famille.
• Le mécanisme moléculaire précis par lequel Pangu réprime cyp19a1a reste à élucider.