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L'histoire évolutive des génomes

Les données génomiques peuvent permettre de comprendre comment les caractéristiques d'un organisme ont été façonnées depuis des millions d'années. La modélisation de l'évolution des génomes est cependant difficile en raison de l'historique très fragmenté des gènes.
L'histoire évolutive des génomes
La détermination de l'histoire des espèces et de leurs relations évolutives dépend souvent de la phylogénie moléculaire. L'analyse par alignement, des séquences d'ADN qui encodent les réseaux complexes actuels nous donne des informations importantes concernant l'évolution des gènes et des espèces. Cependant, les copies de gènes sont souvent perdues ou transférées horizontalement, ce qui complique la reconstruction des arbres génétiques.

Le projet GENESTORY (Assembling genome history from gene stories: Phylogeny aware genome scale inference of ancestral traits and ancient environments), financé par l'UE, a voulu exploiter les récents progrès obtenus dans la modélisation de l'évolution des génomes. Les chercheurs ont analysé les données expérimentales brutes disponibles publiquement et généré de nouvelles informations biologiques et des ensembles à grande échelle de données. En parallèle, ils ont combiné les modèles de reconstruction de réseaux métaboliques avec des modèles représentant la biodiversité du passé.

Les chercheurs ont réalisé une reconstruction à l'échelle du génome des répertoires ancestraux de gènes et aligné cette information sur les modèles systémiques de phénotype, d'environnement et de diversité. Cette approche leur a permis d'étudier l'évolution de l'architecture de réseau et de comprendre comment des gènes spécifiques ont pu évoluer au cours du temps.

Les archéobactéries sont les premières représentantes de la vie cellulaire et elles jouent un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques. Sachant leur contribution à l'origine des cellules eucaryotes (avec noyau) il est essentiel de comprendre leur origine et leur histoire évolutive. Pour surmonter le défi du temps passé, les chercheurs du projet GENESTORY ont utilisé une nouvelle approche qui exploite l'information contenue dans les modèles d'évolution d'une famille de gènes pour retrouver les racines de l'arbre génétique des archéobactéries et comprendre le métabolisme de ces premières cellules archaïques. Ces travaux ont débouché sur l'hypothèse que les premières archéobactéries étaient des organismes anaérobies utilisant le dioxyde de carbone (CO2) et l'hydrogène. Cette approche a également permis de quantifier l'impact du transfert horizontal sur l'évolution du génome archaïque.

Le transfert de génome apparaît également évident pour plusieurs groupes eucaryotes comme les métazoaires, les éponges ou les champignons. Les chercheurs ont analysé plusieurs milliers de familles de gènes de champignons et de cyanobactéries et trouvé des signes convaincants montrant que le transfert de gènes avait joué un rôle important dans l'évolution des champignons, comparable à celui joué chez les procaryotes.

Au total, les travaux du projet GENESTORY nous montrent comment des méthodes qui traitent les ensembles de données génomiques peuvent faire progresser notre compréhension de l'évolution génomique.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Modélisation, évolution du génome, GENESTORY, Archaea, champignons