1. Mastère Génétique Humaine et Modèles Animaux
Insertion-deletion-biases & the evolution
of genome size
Par T.Ryan Gregory
Publié dans science direct
SAAFI Henda
4. Mutation
Définitions
•La mutation est un terme désignant un
changement de la séquence en nucléotides
d’un gène, dû soit à une perte ou à un rajout
d’un ou plusieurs nucléotides, soit à un
changement d’un nucléotide par un autre
•Cette modification de l’information génétique
peut provoquer, lors de la traduction de l'ADN,
la production d'une protéine ne fonctionnant
pas correctement
5. •Les facteurs internes engendrent des mutations
dites spontanées se produisant au moment de la
réplication cellulaire
•En général, elles sont rares et aléatoires, et donc
elles constituent la principale source de
diversité génétique, moteur de l'évolution
•Dans certains cas, la mutation peut procurer un
avantage sélectif ou au contraire être défaillant
• C'est la base du processus de l'évolution
6. L’insertion
•L'insertion consiste en l'addition dans
une molécule d'ADN d'une paire de bases ou
plusieurs paires de bases
• Cela est du à un problème lors de
la réplication qui se produit naturellement ou à
cause d'un agent mutagène
•Cette insertion peut-être à l'origine d'un
décalage du code de lecture du gène ayant
subit l'insertion
7. •Les biais dans les insertions et les suppressions spontanées (indels)
peuvent conduire à un rétrécissement du génome par des
mécanismes mutationnels
•L’ article couvre trois idées différentes
(1) la notion générale de la perte de l'ADN par des préjugés
suppression
(2) l'hypothèse de la perte de l'ADN, qui suppose que les variations
dans la taille du génome peut être attribuée à des différences de
taux de perte de l'ADN
(3) le «modèle d'équilibre mutation»
8. Objectif
Mise en évidence de la relation entre
l’évolution de la taille du génome et la notion
du modèle équilibre mutation
10. But1
L’etude de l’énigme de la variation de la taille du
génome et son impact sur l’evolution
Expérience 1
Séquençage du génome humain en 2001
Des comparaisons plus récentes avec des modèles
du génome des vertébrés
Séquençage du génome de la souris en 2002
11. Interprétation 1
l'évolution du génome n'est pas seulement, ni même
principalement, une histoire de l’ évolution du gène
le manque de la correspondance entre le nombre de
génes et la complexité organismique étiqueté comme
la valeur-G n’est que le moderne équivalent de la
déconnexion entre la taille du génome et la complexité
morphologique obsevée pour la première fois dans les
années 1940 et surnommée le paradox de la valeur C
en1970
12. •La valeur C représente la taille d'un génome , exprimée en paire
de bases, ou en pico-gramme. Cette valeur C peut être mesurée
pour chaque espèce, et n'est pas significative du niveau de
complexité de l'organisme considéré, c'est le paradoxe de la
valeur C
•la valeur C varie énormément entre espèces
•Les organismes Procaryotes (archéobactéries et eubactéries) sont
dits « simples » et ont de petits génomes
• Les Eucaryotes (comme l'homme) sont considérés comme étant
plus « complexes » et ont des génomes plus grands. Cela a conduit
les biologistes à penser que la complexité d'un organisme pouvait
être liée à la taille de son génome, c'est-à-dire à la valeur C
13. •Cependant, dès les premières mesures expérimentales, il
apparaît que certains organismes dits « simples » ont plus d'ADN
que d'autres organismes dits « complexes »
•C'est le paradoxe de la valeur C il n'existe pas de relation
entre la complexité d'un organisme et la taille de son génome.
•Le paradoxe de la valeur C, a été résolu par la découverte que
la plupart d'ADN est non codant
•La perte de l’ADN non codant chez les eucaryotes
constitue le plus grand énigme de la valeur C
15. But 2
Expliquer le paradox de la valeur C en se basant sur la perte de
l’ADN
Experience2
Etude de la première théorie qui insiste sur la nature de l’ADN
Etude de la deuxième théorie qui insiste sur le rôle quantitatif
de l’ADN
Les réductions de la taille du génome ont été envisagés,
dans l'usine et chez plusieurs groupes d'animaux
17. • Interprétation 2
• ADN égoiste ou selfish DNA séquences d’ADN génomique,
capables de se répliquer et de se transposer, mais qui ne
confèrent aucun avantage à la cellule.
• On parle d’ADN égoïste ou de parasite génétique car son
activité ne sert qu’à assurer sa propre persistance au cours des
générations.
•ADN égoïste est celui qui se transmet par les actions de
séquences égoistes comme éléments transposables
•L’expension inevitable de ces èlèments produit une augmentation
de la taille du génome , ce qui confére un desavantage sèlectif
18. • L’ADN non codant, autrefois appelé improprement ADN
poubelle Junk DNA , désigne l’ensemble des séquences du
génome qui ne sont pas traduites en protéines.
• Une proportion très importante de tous les
génomes eucaryotes est composée de cette classe d’ADN
• l'ADN poubelle se réfère à l'accrétion de gène défunte
ou pseudogènes
• Les pseudogénes sont le cumul des mutations , dèpourvu de
fonction et leurs réplication ne peut que défavoriser l’organisme
en question
20. theorie de nucléosquelette
• la taille d’une cellule détermine la taille de l’ADN
theorie de nuclèotype
• La quantité d’ADN présente dans la cellule va
infulencer la taille de la cellule
• quoiqu'elles diffèrent considérablement dans
leurs spécificités, les deux thérories décrient la
variation de taille du génome
21. • Ces théories mettent l’accent sur l’aspect diffèrent de la valeur C
• Mais la principale difficulté de ce répértoire actuel des théories
de la taille du génome c’est qu’il ne prévoit aucun mécanisme
explicite de la perte de l’ADN
•Même si dans certains cas la sélection de l'ADN diminué
est conforme aux relations connues
entre la taille du génome et les fonctions cellulaires / organismal
tels que
le taux métabolique, le temps de développement, ou la taille du
corps
22. • un lien de causalité est proposé d'exister entre
la taille du génome et la vitesse à laquelle l'ADN est
supprimée par l'accumulation de petites délétions qui ne
sont pas compensé par des insertions.
•Petrov en 2002 soutient que les différences'' dans
la taille du génome peuvent être entraînée en grande
partie par des changements dans le taux de nucléotides
perdu par les suppressions spontanées les petites indels.
23. But
Expliquer l'hypothèse de la perte d'ADN, le modèle
d'équilibre mutationnel et les indel
Interprétation
•L'ADN est souvent perdu, en quantités biologiquement
pertinentes, par biais dans les petits indels (c'est à dire,
<400 pb)
•Les modèles de changement de taille de génome évalué
traité exclusivement avec ces petits indels
•En fait, il y a trois questions distinctes impliquées dans
cette discussion
24. •Le biais d’ indel peut entraîner des pertes
importantes d'ADN ?
•Le mécanisme de perte de l’ADN joue-il un rôle
important dans l’élaboration de la diversité de la
taille du génome ?
•L’èquilibre de mutation et l’effet sur l’évolution
de la taille du génome ?
25. •Les insertions - délétions impliquant un petit nombre de
nucléotides sont attribuables aux erreurs de réplication de
l'ADN au cours de la méiose(comme pour la plupart des
substitutions)
•Les longues insertions - délétions semblent provenir de
crossing over inégauxou d'évènements de transposition via les
transposons ou les éléments transposables (retrotransposons,
LINEs, SINEs, Alu, ...)
27. •Certaines insertions sont attribuables aux transferts horizontaux de
gènes,évènements rares où une espèce reçoit un morceau d'ADN
provenant d'une autre espèce (via des virus, plasmides, transposons...)
28. Comment voyait-on l'évolution au niveau
de la fonction d'un gène
• La plupart des mutations sont délétères, elles réduisent la fitness
de l'organisme
• elles sont éliminées de la population par sélection purificatrice
• Quelques mutations sont avantageuses, elles augmentent la
fitness de l'organisme
29. • elles sont
gardées par sélection positive
darwinienne (adaptative)Espace des mutations
La fitness est fonction du taux de survie et de la
fécondité
30. Expérience
Les bactéries et la drosophile exemples de biais de la
suppression
Interprétation
Bien que l'hypothèse de perte ADN est basé sur les données
des animaux, les deux meilleurs exemples de mécanismes
Indel proviennent de bactéries et de graminées
32. •chez les protistes il ya une corrélation positive
entre la teneur en ADN et la taille des cellules, et
une relation négative entre le taux de celles-ci et
la division cellulaire
•Il a largement été supposé que des relations
semblables existeraient entre bactéries, en
particulier étant donné que leur seul
chromosome circulaire contient une seule origine
de réplication
•Mais une récente comparaison révéle aucune
corrélation avec la taille du génome chez les
procaryotes
33. •Les bactéries se distinguent également des protistes elles
ne montrent aucun signe du paradoxe de la valeur - C
•Car il ya une corrélation directe entre la taille du génome
et le nombre de gènes dans ces organismes
•Il a été noté à plusieurs reprises que bactéries libres
ont de plus grands génomes que ceux qui dépendent de
leurs hôtes
• Sélection pour la réplication rapide des parasites est une
explication communément cité
34. •Bien qu'il n'y ait quelque raison de croire que
bactéries libres peuvent être plus enclins à
l'expansion du génome de formes parasitaires
•le biais de la suppression peut être le principal
déterminant de ce modèle
•Plus précisément, après un changement demode
de vie notamment comme de passer à
l’endosymbiose ou le parasitisme, de nombreux
gènes essentiels précédemment perdent leur
pertinence fonctionnelle
•Car ils succombent à un biais mutationnel et des
petites délétions
35. •Encore une fois, cet exemple montre que chez les bacteries
le biais de suppression peut en effet façonner la diversité de
taille du génome chez certains organismes
•Mais il ne corrobore pas l'hypothèse de la perte d'ADN
• Le biais de l a suppression peut expliquer la variation de la
taille du génome constatées entre les bactéries vivant en
liberté contre les parasites
•Mais il n'explique pas pourquoi les procaryotes ont des
génomes beaucoup plus petites que ceux des eucaryotes (à
l'exception de quelques protistes parasites avec des petites
valeurs C)
36. •Ou pourquoi les régions d’ADN non codant sont tellement rare
dans tous les génomes bactériens
•Il contribue donc très peu à la compréhension de l énigme de la
valeur C
•En résumé, il existe des preuves que le biais de la suppression
affecte la taille du génome chez les bactéries endosymbiotique,
portant spécifiquement sur la perte de gènes
•Cependant ce biais de supression ne semble pas s'appliquer à
d'autres endosymbiontes comme les organites ou nucleomorphs
38. •Henrique Teotonio et ses collègues ont examiné le
chromosome 3 des drosophiles
•Toutes s'étaient rapprochées de leurs
caractéristiques génétiques originelles mais de
manière très imparfaite
•Non seulement cette évolution à rebours ne s’était
pas effectuée avec la même rapidité pour tous
les gènes
• mais encore celle-ci semble s’arrêter dès que les
mouches présentent un bon degré d’adaptation à
leur environnement héréditaire
39. •Autrement dit, certains insectes, qui peuvent avoir retrouvé
extérieurement leur état ancestral – et présentent donc
un phénotype identique à celui de leurs aïeux –, peuvent en
revanche être génétiquement différentes. L’évolution serait donc
à sens unique
• On n'arrive à prévoir les changements au niveau de l'ADN qu'une
fois sur deux , conclut Henrique Teotonio, ajoutant que les
connaissances actuelles sur les liens entre gènes et évolution
restent insuffisantes pour prédire la capacité d’adaptation d’une
espèce aux variations du milieu.
40. •Ces découvertes fournissent d’autres perspectives dans la
compréhension sur l’évolution des organismes vivants
• D’unepart, elle démontre que l’évolution se produit par des
changements dans la distribution des allèles dans une
population donnée de génération à génération, plutôt que par
mutations successives
• D’autre part, même si certaines mouches présentent un
phénotype identique à celui de leurs ancêtres, elles peuvent
être génétiquement très différentes.
D’où un nouveau type de biodiversité
42. En raison de la différence de la longueur d'introns, le nombre de
TE situés dans les séquences introniques est significativement
plus faible dans les génomes non-mammifère par rapport aux
génomes des mammifères
Dans les organismes ou le fonctionement des mécanismes
d’epissage via les introns defénis , l’insetrion des Tes dans les
exons codants serait plus répandue
43. TE ont joué un rôle important dans l'adaptation de mouches des
fruits
L'un des rapports les plus importants était celui de la troncature
du gène CHKov1 par un TE conduisant à la résistance aux
pesticides
SINE et LINES ont été montrés dans de nombreuses publications
à être des bons substrats pour le processus de l’ exonisation en
raison de leur structure particulière
44. Chez les mammifères et les autres vertébrés de plus haut niveau les
Sines et LINE dans les séquences introniques ont donné lieu à un plus
grand niveau d’ exonisation en raison de la pré-existence de site
d'épissage de type séquences, telles que les voies putatives
polypyrimidine et des sites d'épissage 5 ‘
L’analyse a montré aussi que l taille moyenne des derniers exons est
plus longue chez les mammifères par rapport aux vertébrés non
mammifères et encore plus grande que celles des invertebrés,
Il y a une corrélation entre les longueurs des derniers exons et le
pourcentage des TE insérés.
45. Les insertions des TE à l’interieurs des séquences hautements
répétitives UTRs peuvent altérer les niveaux d’expresson des
genes, créer de nouvelles cibles de micro ARN ou meme devenir
des précurseurs de noouveaux micro ARN
Vraisemblablement, l’augmentation de la tailles des derniers
exons et le pourcentage des TE dans ces exons chez les
invertebrés jusqu’aux mammifères pourrait amener à un plus
haut niveau de regulation de complexité observée chez des
orgnismes plus évolués.
Le phenomènes d’exonisation par ls elements transposables est
beaucoup plus observés chez les mammifères que chez les non
mmmifères vertebrés, encore moins chez les invertebrés.
47. Suites à ces expériences, les résultats suggèrent qu’il
existe un lien direct entre la taille des introns et le
phénomène d’exonisation des élements transposables.
Ce processus est devenu encore plus répandu suite à
l’apparition des mammifères.