Ce travail a été exécuté dans le cadre de l’analyse génétique des noyaux somatiques chez l’anoure Xenopus laevis D. (Fischberg, 1961; Fischberg & Blackler, 1963; Fischberg et al. 1964).

L’analyse des descendants de 4 femelles a révélé que ces animaux d’apparence normale étaient porteurs d’une mutation qui détermine à l’état homozygote une polydactylie affectant surtout les membres postérieurs. Les 4 femelles, jumelles nucléaires identiques (membres d’un clone) obtenues par transplantation nucléaire sériée, nous ont été prêtées par J. B. Gurdon en 1962. La mutation que nous avons appelée pd (pour polydactylie) a pu être suivie à travers 4 générations successives. La condition sublétale de la mutation a permis l’établissement d’une souche d’individus polydactyles, homozygotes, dont le coefficient de consanguinité F atteint actuellement 0,50.

Les croisements de contrôle ont montré que la mutation pd avait été introduite dans la famille par la femelle 25 (Cape I), la mère du donneur du noyau somatique en question. Il s’agit d’un animal grand, vigoureux et parfaitement normal, importé d’Afrique du Sud (Capetown) en 1960. Pour former les F1 à partir des quatre femelles du clone, deux d’entre elles (♀Tr 41 et ♀ Tr 43) furent croisées en retour avec le père (♂ 5 Oxf 1 nu) du donneur du noyau, les deux autres (♀ Tr 40 et ♀Tr 42) avec des mâles étrangers à la famille. Tous les individus des 4 F] ont les membres parfaitement normaux. Ce n’est qu’en croisant certains inter se ou en retour avec les 4 femelles Tr, ou encore avec la femelle 25 (Cape I), que Fon obtient les élevages de F, dont 1/4 est polydactyle.

Le début de l’anomalie se manifeste chez la plupart des mutants, très tôt dans la formation des membres: contrairement au cas normal, le bourgeon formant l’ébauche de la patte postérieure au stade 53 est asymétrique (stades de développement selon Nieuwkoop & Faber, 1956). Par la suite, le bourgeon s’incline vers le bas, et au lieu de s’allonger parallèlement à la queue, il reste court et trapu. L’ébauche de l’autopode devient très large. La patte finit par s’épaissir fortement et se replie en avant. Elle porte au pied de 6 à 10 orteils ou même plus (figure 2). Les membres antérieurs ont, en général, la position habituelle et portent soit le nombre normal de 4, soit 5 doigts. Parfois, chez les individus plus gravement atteints apparaissent des bras raccourcis, épais et orientés ventralement (p. ex. figures 2-4).

Fig. 1

Position normale des membres d’une larve en voie de métamorphose.

Fig. 1

Position normale des membres d’une larve en voie de métamorphose.

Fig. 2

à 5. Larves polydactyles du même âge.

Fig. 2

à 5. Larves polydactyles du même âge.

Les individus polydactyles survivent rarement à la métamorphose. Selon l’intensité de l’anomalie, ils meurent soit au début (stade 59), soit plus fréquemment au cours de la métamorphose (stades 62-64). On peut observer toutefois des individus très peu atteints qui meurent en même temps que ceux qui sont très difformes et incapables de mouvoir leurs membres postérieurs. Sur 175 mutants polydactyles, 13 seulement ont atteint l’âge adulte (7,4%), dont 2♀ et 3 ♂ ont pu être croisés jusqu’à maintenant; ceux-ci montrent un syndrome de polydactylie très faible (figures 6, 7). Parmi la descendance de ces homozygotes une forte mortalité se manifeste aux stades 51-53 (30-40%) dont la cause est encore obscure.

Fig. 6

Adulte polydactyle vu de face.

Fig. 6

Adulte polydactyle vu de face.

Fig. 7

Patte postérieure droite d’un adulte polydactyle à 6 orteils (dorsal).

Fig. 7

Patte postérieure droite d’un adulte polydactyle à 6 orteils (dorsal).

Fig. 8

Patte postérieure gauche d’un adulte normal (ventral).

Fig. 8

Patte postérieure gauche d’un adulte normal (ventral).

Il semble que les mutants polydactyles aient une croissance plus vigoureuse que leurs frères normaux. Pour en déterminer plus exactement l’ampleur, nous avons choisi 3 des croisements ayant fourni des normaux et des polydactyles et ayant été élevés dans des conditions optimales de température et de nourriture. Dans ces élevages la vitesse de croissance des larves a été mesurée en déterminant pour chaque larve (1) la longueur et (2) l’âge en jours au début de la métamorphose. Cette dernière valeur fournit parfois des moyennes peu valables pour l’élevage entier, à cause de la présence de quelques individus anormaux retardés. Pour cette raison un troisième critère a été déterminé par le moment où 50% des larves d’un élevage sont entrées en métamorphose. Les moyennes des trois élevages sont présentées dans le tableau I . La différence entre les normaux et les mutants est souvent statistiquement significative, et va toujours dans le même sens. Il en ressort qu’au début de la métamorphose les polydactyles ont en général une longueur moyenne plus élevée que leurs frères normaux et qu’ils entrent en métamorphose 2-4 jours avant les normaux.

Table 1

Croissance et vitesse de développement des larves. Différences entre les polydactyles et leurs frères normaux au début de la métamorphose

Croissance et vitesse de développement des larves. Différences entre les polydactyles et leurs frères normaux au début de la métamorphose
Croissance et vitesse de développement des larves. Différences entre les polydactyles et leurs frères normaux au début de la métamorphose

Dans les croisements consécutifs les conditions d’élevage ne furent pas optimales. Dans ces croisements, la même avance des polydactyles a été généralement observée mais le test t n’a pas donné de résultats significatifs.

L’observation de 206 animaux polydactyles issus de 10 croisement différents donne l’image suivante (figures 2-7): les mutants présentent toujours des membres postérieurs anormaux; des mains anormales se trouvent dans 74% des cas. La multiplication des phalanges comprend soit une simple excroissance sur un doigt, soit une bifurcation, soit une syndactylie après duplication des pièces osseuses, soit encore ]e plus fréquemment une duplication complète. La duplication n’atteint jamais les 1 Ve et Ve orteils qui ne portent pas d’ongle. On observe cependant des Ve hypertrophiés (figure 7).

Pour obtenir une image de la variabilité de l’expression, nous avons inventorié les membres des mutants de dix familles différentes. Il s’est avéré utile de simplifier la description des membres en ne comptant que le nombre d’extrémités de doigts et d’orteils présents sur chaque membre. Cet inventaire est présenté dans le tableau 2. Pour l’ensemble des mutants il en résulte les observations suivantes:

Table 2

Variabilité de l’expression chez les mutants polydactyles, dans 10 croisements différents. En marge des tableaux; nombre de doigts axu pattes antérieures et postérieures. Dans les tableaux: fréquence des animaux

Variabilité de l’expression chez les mutants polydactyles, dans 10 croisements différents. En marge des tableaux; nombre de doigts axu pattes antérieures et postérieures. Dans les tableaux: fréquence des animaux
Variabilité de l’expression chez les mutants polydactyles, dans 10 croisements différents. En marge des tableaux; nombre de doigts axu pattes antérieures et postérieures. Dans les tableaux: fréquence des animaux

65% des polydactyles portent 5 doigts aux membres antérieurs au lieu des 4 dans le cas normal, et 6 à 10 orteils aux membres postérieurs, le cas le plus fréquent étant 7 orteils. Dans sa forme accentuée, cette polydactylie est accompagnée d’une déformation de tout le membre postérieur, lequel est trapu, épais et replié (figures 2-5). L’expression la plus forte s’est trouvée sur 4 individus avec diplopodie unilatérale totalisant dans un des cas 24 orteils du côté droit (figure 4). Un seul animal a présenté une diplopodie antérieure droite (figure 5). La position plus ou moins normale des membres postérieurs se retrouve chez 42 individus (23%). Ceux-ci ne portent que rarement plus de 7 orteils, en général 6.

Les asymétries sont peu fréquentes; si elles se présentent, elles sont minimes: 1 doigt supplémentaire d’un côté ou même seulement une petite excroissance.

L’analyse statistique des valeurs consignées dans le tableau 2 met en évidence une corrélation significative entre le nombre de doigts aux membres antérieurs et le nombre d’orteils aux membres postérieurs. Les animaux à main normale portent en moyenne 6 à 7 orteils, les animaux avec 1 doigt surnuméraire (5 doigts) possèdent en général 7 orteils ou davantage. On observe également une corrélation entre le nombre croissant des orteils et l’intensité de la déformation de tout le membre postérieur.

Trois des femelles du clone ont eu leur descendance analysée exhaustivement du point de vue statistique: dans chacune de leurs F1 nous avons croisé 10 couples de frères et sœurs prélevés au hasard ( = 94,4% de probabilité de mettre en évidence une mutation récessive portée par l’un des parents). Trois des croisements de la première Tq et deux des autres F1 ont produit des larves dont une sur quatre était polydactyle. Ceci donne un nombre de 7 croisements qui ont fourni des mutants, parmi un total de 30. Deux paires d’homozygotes ont donné une progéniture, dont 100% des individus montrent le syndrome pd.

Les résultats de l’analyse génétique sont réunis dans le tableau 3. Ils s’accordent avec l’hypothèse d’un facteur principal mendélien récessif, sublétal à l’état homozygote. En outre, il semble que l’anomalie soit 100% pénétrante dans les homozygotes.

Table 3

Mode de transmission de la mutation

Mode de transmission de la mutation
Mode de transmission de la mutation

Il est très probable que la variation dans l’expression du caractère ait une origine génétique. Ceci est suggéré par l’analyse suivante: les aquariums qui contiennent les élevages se trouvent juxtaposés dans une salle d’aquariums climatisée. Les conditions de nourriture et d’entretien y sont tenues aussi égales que possible pour créer un milieu d’élevage très homogène. Trois paires de croisements, consignés dans le tableau 2, ont été élevés simultanément. C’est le cas des croisements 118-119, 164—165 et 224-225. Malgré ces conditions d’élevage homogènes, les fréquences de l’intensité de l’expression sont très peu semblables dans la progéniture des différentes paires de croisement. L’analyse statistique (au moyen de chi-carré) montre que les écarts des fréquences sont significativement différents. Ces écarts significatifs entre les descendants de différents couples de frères et sœurs, suggèrent que ce sont des différences dans le génotype général des mutants qui sont à l’origine de la forte variabilité dans l’expression de la polydactylie.

Si les variations dans le milieu extérieur pouvaient provoquer des différences dans l’expression de l’anomalie, la régénération d’un membre amputé ne devrait pas nécessairement aboutir à la formation d’une copie du membre non amputé.

Pour étudier cette question, une série de larves homozygotes pd/pd aux stades 53-54 a été amputée de l’ébauche de l’autopode postérieur droit. A ce stade, la palette de l’autopode vient de s’individualiser et elle peut être distinguée aux fins de l’amputation. Il est nécessaire que les animaux atteignent au moins le début de la métamorphose pour pouvoir montrer une régénération suffisante de la patte. Dix animaux de notre série ont atteint cet âge et ont eu suffisamment de temps pour reformer tous leurs orteils. Neuf individus sur ces 10 sont représentés par la figure 9. On y voit à gauche l’image de la patte gauche non amputée et à droite le membre régénéré. Un seul animal, le n° 6, a montré une régénération hypomorphique; tous les autres montrent une symétrie certaine entre la patte non amputée et Je régénérât. Il est frappant de constater que même la forme anormale des orteils est souvent symétrique. Nous en concluons qu’un décalage dans la croissance, c’est-à-dire une exposition du membre à des conditions exogènes et endogènes différentes, n’a pas pu influencer l’expression de l’anomalie, tout au moins dans le cas où l’autopode d’un bourgeon en voie de différenciation a été amputé.

Fig. 9

Régénération des membres polydactyles: à gauche le pied non-amputé, à droite le régénérât. Nns 1-9, mutants; 10, témoin.

Fig. 9

Régénération des membres polydactyles: à gauche le pied non-amputé, à droite le régénérât. Nns 1-9, mutants; 10, témoin.

Par l’effet de leur capacité de régénération, les batraciens présentent fréquemment des malformations des pattes ou des membres, allant de la polydactylie à de graves malformations des membres entiers. Rostand (1958) en a décrit de nombreux exemples chez les batraciens anoures. Un grand nombre de celles-ci sont d’origine non-héréditaire, d’autres pourraient avoir un caractère héréditaire, mais la démonstration n’en a pas pu être apportée. Par contre, pour une forme de polydactylie du crapaud {Bufo bufo), le mode de transmission dominant a pu être démontré avec certitude par Rostand (1951). La polydactylie décrite par Bishop (1947) chez l’axolotl semble également avoir un caractère héréditaire qui toutefois n’a pas été prouvé expérimentalement. Witschi &. Chang (1954) mentionnent un cas de polymélie héréditaire chez le crapaud, et Ponse (1941) a décrit un cas d’ectrodactyiie chez Bufo bufo qui est probablement d’origine hériditaire.

Par contre, Je cas de l’anomalie P chez Rana escalenta décrit par Rostand (1959) et Rostand & Darré (1967), est un exemple frappant d’une anomalie non-héréditaire, qui cependant se trouve fréquemment dans certaines populations. Cette anomalie semble être due à un facteur tératogène externe. Il serait extrêmement intéressant de connaître le facteur qui cause l’anomalie P, laquelle ressemble dans une forte mesure aux mutants polydactyles pd de Xenopus.

Dans certains cas héréditaires il s’agit en particulier d’une perturbation dans la régulation de la croissance des membres, mais la croissance de l’individu entier peut être atteinte également. Ceci se montre par le fait que les jeunes mutants de Xenopus sont non seulement malformés mais aussi plus grands que leurs frères normaux, et qu’ils se développent à un rythme accéléré. Cette même observation a été faite chez Bufo par Rostand (1951). Il se pourrait dès lors que les hybrides, bien que normaux, profitent d’un effet d’hétérosis. Leur vigueur accrue serait à l’origine de la fréquence relativement élevée des facteurs de polydactylie, ou de malformation des extrémités, trouvées dans les populations sauvages.

Pour interpréter la variation dans l’expression de la polydactylie chez le cobaye, Wright (1934) propose un système de plusieurs facteurs polygéniques équivalents, dont la somme déterminerait l’intensité de l’anomalie. Dans notre cas en effet, les différences statistiquement significatives existant entre familles élevées dans des conditions semblables, indiquent qu’il s’agit dans l’expression du syndrome d’un phénomène contrôlé génétiquement, et que Faction du facteur s’étale sur une période prolongée de la vie larvaire. Par ailleurs, dans le cas de l’anomalie P chez Rana, Rostand (1959) a obtenu la régénération d’un membre normal, suggérant parlàl’originenon-héréditairedecettemalformation.

Dans le même ordre d’idées, nous avons vu chez Xenopus que la régénération qui suit l’amputation de l’autopode mène à une malformation ressemblant à celle du membre non-amputé. Ceci suggérerait une origine génétique de l’anomalie pd. Toutefois, dans notre expérience, l’ébauche des zeugopode et stylopode n’a pas été touchée. Elle pouvait de ce fait être à l’origine de la régénération anormale par sa prédisposition polydactyle. Dans le cas de la mutation pd chez Xenopus on peut s’imaginer que le facteur principal mendélien ait son action renforcée ou atténuée par un effet de polygénie, produit par les facteurs normaux intervenant dans la croissance de l’individu.

La technique de la transplantation nucléaire chez Xenopus (Elsdale et al. 1960) par laquelle on obtient des clones d’individus génétiquement identiques (isojumeaux), permettra de séparer avec précision les facteurs génétiques des influences externes qui pourraient intervenir dans la réalisation du phénotype. Elle permettra également de déterminer l’importance du génome entier du porteur de la mutation.

Avec ia description de cette mutation pd, 9 mutations ont été décrites jusqu’à présent de façon plus détaillée chez Xenopus laevis. De ces 9 mutations, 3 ont leur origine dans des animaux sauvages importés d’Afrique, et 4 se sont trouvées dans le stock de laboratoire. Outre la mutation pd, il s’agit de la mutation anucléolée (Elsdale et al. 1958), du facteur g provoquant le goitre chez les larves (Uehlinger, 1965), de la mutation yr létale embryonnaire (Reynaud & Uehlinger, 1965), de la mutation kt provoquant une malformation de l’extrémité de la queue (Uehlinger & Reynaud, 1965), de la mutation fj létale embryonnaire présentant une déformation de la mâchoire (Droin, Reynaud & Uehlinger, 1968), et de la mutation oe aux œdèmes sous-cutanés de la prémétamorphose (Uehlinger & Beauchemin, 1968). L’origine de la mutation otl, caractérisée par l’absence d’otolithes chez les larves (Droin, 1967) n’a pas pu être déterminée. Une mutation dominante S, létale embryonnaire à l’état homozygote a eu son origine dans nos laboratoires (Uehlinger, 1966).

A recessive mutation (pd) which induces polydactyly in the amphibian Xenopus laevis D.

  1. A mutation pd which produces polydactyly in the anuran Xenopus laevis is described. It was found in the progeny of 4 genetically identical females derived from serial transfers of endoderm nuclei, and had been introduced into the clone by a frog imported from South Africa.

  2. The mutation is recessive, sublethat and shows a penetrance of 100%. The mutants exhibit a variable expression of the trait, from a single duplication of a toe to severe malformations of the whole hind limb with 10-12 toes. Fingers and front limbs are affected in about 75% of the cases.

  3. Under optimal rearing conditions the mutants grow faster than their normal sibs and they begin metamorphosis earlier.

  4. The offspring of different parents show statistically significant differences in the degree of expression of the trait.

  5. The syndrome is almost symmetrical. After amputation of the right autopodium the foot regenerates to produce an almost identical structure to the left control limb.

  6. That the variability in expression is genetically determined is suggested and discussed.

  7. This mutation pd is the ninth described in Xenopus laevis.

  1. L Une mutation produisant la polydactylie chez Xenopus laevis est décrite. Elle a été trouvée dans la descendance de 4 femelles génétiquement identiques, obtenues par transplantation nucléaire, et avait été introduite dans la famille par une femelle sauvage provenant de l’Afrique du Sud.

  2. La mutation est récessive, sublétale, avec une pénétrance de 100%. Les mutants montrent une expression variable de l’anomalie qui va d’une simple duplication d’un orteil à la malformation des membres postérieurs entiers. Les doigts et les membres antérieurs sont affectés dans 74% des cas.

  3. Les mutants grandissent statistiquement plus vite que leurs frères normaux et entrent en métamorphose 2-4 jours plus tôt.

  4. Il existe des différences statistiquement significatives, dans l’intensité de l’expression, entre les descendants de couples différents.

  5. L’anomalie est symétrique. L’amputation de l’autopode droit mène vers une régénération ressemblant au membre gauche non amputé.

  6. L’hypothèse suggérant un déterminisme génétique de la variabilité de l’expression est discutée.

  7. Cette mutation pd est ]a neuvième décrite chez Xenopus laevis.

Nous tenons à remercier le Professeur M. Fischberg pour l’intérêt qu’il a témoigné à ce travail, ainsi que le Dr J. B. Gurdon de nous avoir prêté Jes animaux pour l’analyse génétique, Dr J. Faber de nous avoir suggéré l’expérience de régénération et Mlle Anne Droin, Dr ès Sc., d’avoir procédé à l’amputation d’une série de larves, Mme K. Ducret et Mlle L. Voll pour l’assistance technique très précieuse.

Ce travail a bénéficié de l’aide financière du Fonds national suisse de la Recherche scientifique (N(tm) 2551 et 3868) et de la Fondation Georges et Antoine Claraz.

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