Comprendre l'Evolution 2012 Ch9

Chapitre 9: Ce que nous apprend l'analyse des génomes au sujet de l'évolution, 4e chapitre de la deuxième partie du livre sur les Mécanismes. Darwin est un naturaliste qui a introduit la théorie de l'évolution dans L'Origine des espèces, sa théorie basée sur les variations et la sélection naturelle est affinée grâce aux progrès de la génomique qui mettent en évidence la possibilité de mutations ou de «sauts» en plus de la sélection des caractères héréditaires. Désormais, les spécialistes de l'évolution sont plutôt des biologistes de laboratoire, entourés par les outils de la technologie moderne. La théorie de l’évolution progresse au fur et à mesure des découvertes et ce chapitre nous permet de comprendre en quoi le passage a l'échelle des génomes peut contribuer à la compréhension des mécanismes de l'évolution, notamment avec l'analyse des séquences de génome.

Qu'est-ce que la génomique?

La génomique est l'analyse des génomes. "Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un organisme, c'est-à-dire l'ADN, organisé en gènes et contenu dans les chromosomes". (c.f)le site nature.ca. Cette analyse consiste à recueillir et à établir la cartographie (carte du génome), à trouver de nouveaux gènes, à comprendre leur fonction et à étudier le séquençage des molécules d'ADN. A l'heure d'aujourd'hui, nous sommes en possession de plusieurs génomes complets, dont celui de l'Homme. Au temps de Darwin, les scientifiques ne savaient pas ce que le génome était. Il y a donc eu une avancée prodigieuse de la science dans ce domaine, en particulier de la génétique moléculaire. Bien qu'il y ait eu beaucoup de progrès, il nous est cependant toujours difficile de localiser les zones codantes dans le génome humain et d'en connaitre leur fonction.

Comment le génome évolue au court du temps ?

Chaque espèce possède un génome différent. Les gènes n'augmentent pas de façon proportionnel. En effet, notre génome est composé de 3 milliards de paires de bases et celui d'une bactérie contient 1000 fois moins de paires de bases. Pourtant, les bactéries possèdent seulement 10 fois moins de gènes que nous. Ceci prouve que certain génomes sont très compacts, comme celui des bactéries dont 85% des régions sont codantes et d'autres sont très peu compacts, comme celui de l'humain( 98% du génome correspond à des régions non-codantes). Ces régions non-codantes ne servent pas à rien. En effet, certaines zones servent à réguler la transcription des gènes en reconnaissant une certaine protéine.Celles-ci se situent au début et à la fin des zones codantes. Nous pouvons observer avec le gène Pax6 que ces régions ont tendance à être conservées au cours de l'évolution car elles permettent d'activer au bon moment le gène qui sera à la base de l'apparition des yeux. Si l'on compare le gène Pax6, qui est responsable de la formation des yeux, de plusieurs espèces (voir PL14 9.3) nous pouvons observer des zones plus ou moins bien conservées. Les zones codantes sont essentiels car si une mutation apparait sur ces zones, l'organisme sera dépourvu d'yeux et donc sera éliminé par sélection naturelle. les zones intergéniqes (entre les gènes) et introniques (les zones dans les gènes qui sont non-codantes) ne sont pas très bien conservées, ceci prouve qu'elles ne sont pas indispensable au développement des yeux et donc que les mutations ayant lieu sur ces zones n'influent pas les fonctions des zones codantes.

Grâce aux duplications, les gènes ont évolué et ont permis l'apparition de nouvelles fonctions géniques. En effet, une fois la duplication faite, une des deux copie peut subir une mutation sans que l'organisme soit affecté puisque l'autre copie continue à assurer sa fonction. Si la mutation est bénéfique à l'organisme, se gène sera transmis à la génération suivante.

Quel est le rôle de la génomique dans l'évolution?

La génomique existe seulement depuis une dizaine d'années. Même si la localisation de gène codant ainsi que la fonction des gènes reste pour l'instant extrêmement difficile, les séquences génomiques apportent des informations précieuses sur les processus et les événements évolutifs du passé de différentes manières:

• Génomique comparative:

"L'analyse des séquences permet d'établir le lien entre les mutations et le phénotype". C'est-à-dire qu'on peut maintenant observer une différence entre deux humains dans leur aspect physique, phénotypique( par exemple si quelqu'un à les cheveux blonds et un autre les cheveux bruns)et on peut retrouver cette différence en observant les gênes de ces personnes. Sur le plan de l'évolution, celle-ci permet d'aligner deux génomes connus et d'observer les réarrangements chromosomiques qu'il y a eu entre deux espèces. Les réarrangements peuvent être intrachromosomique (inversion de segments à l’intérieur du chromosome) ou cela peut être une translocation extra-chromosomique (un fragment se trouvant sur un chromosome se retrouve sur un autre chromosome chez une autre espèce c.f PL14 9.2). Ce sont ces réarrangements qui établissent les barrières interspécifiques. L'exemple du mulet illustre très bien ceci. Celui-ci est stérile à cause des différences de chromosomes entre le cheval et l'âne survenues au cours de l'évolution. Cette méthode sert à localiser les éléments fonctionnels essentiels et à analyser leur évolution au fil du temps. Elle permet de déterminer les régions chromosomiques les plus importantes pour la survie d'un organisme. C'est-à-dire les régions chromosomiques qui ont été conservé depuis des millions d'années car ceux qui ont subit des mutations ont été éliminés par la sélection naturelle.

• Analyse phylogénétique:

La phylogénie l'étude des relations de parentés entre différents êtres vivants en vue de comprendre l'évolution. "Une comparaison systématique de tous les génomes disponible a permis d’identifier plus ou moins 500 gènes qu'on retrouve chez tous les organismes." Comme il est impossible que ces gènes soit apparus indépendamment dans les 3 grands règnes(bactéries, archées, eucaryotes), ces gènes qualifiés d'immortels renforcent l'hypothèse d'une ancêtre communs.

• Présence de gènes fossiles:

"On détecte dans les génomes des morceaux de séquence ressemblant fortement à des gènes connus, mais qui peuvent en aucun cas produire de protéine fonctionnelle, car ils sont truffés de codon stop." Les gènes fossiles sont donc des gènes qui ont perdu leur activité. L'exemple du poisson de glace (p.132) montre comment cette organisme survie grâce à une série de transformation physiologique qui permet à son sang de ne pas gelé et la présence des gènes fossiles des chaines de l'hémoglobine montre que cette fonction a été inactivé au court du temps. En comparant les génomes, de plus en plus de gènes fossiles sont trouvés et cela permet de retracé l'histoire des duplication et inactivation des gènes. la présence de ces gènes renforce une fois de plus la théorie de l'évolution et prouve que les organismes ont évolué au court du temps en s'adaptant au différentes conditions de vie.

sources

http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/genetique-2/d/genomique_156/ "Comprendre l'évolution": 150 après Darwin", sous la direction de G. Cobut, éditions De Boeck, 2009 http://nature.ca/genome/03/a/03a_10_f.cfm

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