Les «gènes sauteurs» compliquent la théorie de l'évolution avec l'ADN partagé entre les espèces

L'ADN aime généralement suivre les règles. Les brins d'ADN sont copiés assez fidèlement, et les copies sont transmises des parents à la progéniture, entraînant ainsi l'évolution telle que nous la connaissons. Mais, selon de nouvelles estimations, votre génome est composé à 50% d’ADN renégats qui aime passer d’une espèce à l’autre. Cet ADN voyous, les chercheurs écrivent dans un Biologie du génome article publié lundi, s’est inséré au hasard dans presque tous les génomes de la planète au cours de l’évolution de la vie. Ils sont tout ce qui reste d'une série d'événements mystérieux d'il y a des millions d'années.

Atma Ivancevic, Ph.D., chercheur postdoctoral en neurogénétique et en bioinformatique et auteur principal du document, a commencé son étude en cherchant à expliquer pourquoi le même ADN non autorisé peut être trouvé chez des animaux aussi différents que les oursins et les humains. Il est établi que la plupart des espèces sur terre partagent une grande quantité de matériel génétique - vous avez probablement déjà entendu dire que les humains partagent environ 99% de notre ADN avec des chimpanzés - mais ces gènes sont différents, dit Ivancevic.

«Les gènes sauteurs» ne sont pas réellement des gènes; ce sont des morceaux d’ADN indésirable non codants », dit-elle. Inverse dans un email. "Pensez à eux comme à des parasites génétiques, sautant dans le génome pour se reproduire de manière égoïste, et parfois sautant d'une espèce à l'autre."

Au cours des dernières années, nous avons commencé à comprendre le fonctionnement de ces fragments d’ADN non autorisés, mais nous ne savons toujours pas exactement ce qu’ils font. C’est le mystère qui se cache derrière les gènes sauteurs: c’est la chapelure d’un sentier ADN disséminé dans l’arbre de la vie. Maintenant, grâce à cet article, nous pourrions enfin savoir comment ils ont créé un tel désordre.

Transfert horizontal

Les recherches d'Ivancevic ont montré qu'il existe deux séquences d'ADN de junk junk pouvant être retrouvées dans une vaste gamme d'espèces, appelées BovB et L1. Les chercheurs appellent ces motifs des éléments transposables (ET) car ils se «copient et se collent» de manière aléatoire dans les gènes d'animaux, des oursins aux vaches en passant par les humains. Ce processus étrange, dans lequel un TE envahit le matériel génétique d’une autre espèce, est appelé transfert horizontal.

Notre compréhension standard de la reproduction est décrite par transfert vertical, l'hypothèse selon laquelle la plupart du matériel génétique est généralement transmise d'un parent à un enfant.

Lorsque vous dessinez un arbre généalogique, vous tracez généralement les enfants sous leurs parents et, dans un sens, les gènes ont tendance à tomber de génération en génération. Mais certains se déplacent horizontalement à travers l’arbre de la vie, "sautant" de l’ADN d’un organisme à un autre grâce à un messager appelé "vecteur". Les scientifiques ne comprennent pas parfaitement le fonctionnement du processus entre les espèces, mais ils ont une idée précise de ce que pourraient être ces vecteurs.

Certains organismes, comme les bactéries, sont vraiment doués pour le transfert horizontal de gènes et le font souvent naturellement, sans vecteur. Les animaux ne peuvent pas faire ça, mais ils peuvent être infecté par des bactéries, qui peuvent alors agir comme vecteurs. Le document suggère quelques candidats probables pour ce rôle de messager, y compris les punaises des lits, les tiques et les criquets, et il nomme également certaines créatures vectorielles aquatiques potentielles, telles que les huîtres et les vers marins. Ce sont ces vecteurs qui ont probablement déplacé les deux fragments de séquences d’ADN indésirables, BovB et L1, d’une espèce à l’autre.

Ce qui est vraiment intéressant, c’est ce qui se passe une fois que l’ADN y parvient. Ivancevic et son équipe montrent qu'après un transfert, l'ADN peut se répliquer rapidement. Par exemple, on pense que BovB est apparu pour la première fois dans des serpents puis «sauté» aux vaches via des événements de transfert horizontal il y a des millions d'années, où il s'est reproduit plusieurs fois. Pensez-y comme à un copier-coller standard, seulement vous frappez sans cesse control-V.

«Pour moi, la chose la plus surprenante n’était pas le transfert, mais les effets sur le génome de l’hôte après le transfert», explique Ivancevic. «Maintenant, BovB occupe environ 25% de la séquence du génome de la vache. C’est un énorme changement!"

À la recherche de grands sauts

Pour voir à quel point ces séquences s’infiltrent dans l’arbre de la vie, l’équipe d’Ivancevic a enquêté sur les génomes de 759 espèces. Ils ont trouvé la séquence BovB chez des animaux aussi proches les uns des autres que les serpents, les vaches, les oursins, les chauves-souris et les chevaux (bien que les chauves-souris et les chevaux aient un faible nombre de séquences complètes de BovB). La séquence L1 semblait être encore plus répandue. Alors que 79 espèces avaient des séquences BovB, 559 les espèces avaient des séquences L1. Historiquement, on pensait que la L1 n'était transférée que verticalement. La découverte de la séquence de la L1 chez ces espèces disparates était donc une avancée décisive.

BovB a toujours intrigué les chercheurs car il fait de «grands sauts» entre espèces éloignées, fournissant la preuve qu'un événement de transfert horizontal a eu lieu. Mais les analyses précédentes n’ont révélé que quelques cas où les séquences de la L1 ont fait ces grands sauts, ce qui a conduit les chercheurs à conclure que la L1 n’était probablement transmise que verticalement.

En déployant un filet plus large, l’équipe d’Ivancevic a montré qu’il y avait plus de sauts génomiques que nous le pensions. «L’utilisation d’animaux, de plantes ET de champignons a vraiment permis de sélectionner le plus grand nombre possible de génomes avec les données actuelles. Il n’existe pas beaucoup d’études qui envisagent un transfert à grande échelle entre royaumes », dit-elle.

La découverte de la présence de L1 dans 559 espèces était une preuve convaincante que les N1 eu fait ces grands sauts. L’équipe a indiqué que six «sauts» L1 non découverts auparavant chez des espèces marines il y a des millions d’années seraient le tremplin possible pour que ce gène indésirable entre dans l’ADN d’espèces appartenant à des règnes complètement séparés.

Ils écrivent qu’un de ces événements horizontaux aurait pu faire apparaître la séquence de la L1 en un ancien ancêtre des mammifères «thériens» - des animaux qui ne pondent pas - entre 160 et 191 millions d’années. À partir de là, la séquence aurait pu être transmise verticalement à tous les descendants de ces animaux anciens, y compris peut-être des êtres humains. Bien que la L1 soit principalement fragmentée et inactive chez l’homme, elle représente 17% de notre génome.

De telles découvertes illustrent comment même les plus infimes forces peuvent transformer l’évolution. Il y a peut-être des millions d'années, l'un de nos plus lointains ancêtres a eu une altercation avec un ravageur de sang vivant dans la mer - c'était peut-être un ver de mer - et a reçu une injection d'ADN aléatoire. Maintenant, des millions d’années plus tard, ces changements persistent en nous et nous ne savons toujours pas quel rôle ils jouent.

«Cela montre combien d’échanges d’ADN aléatoires peuvent façonner notre évolution», déclare Ivancevic.