De la levure et des hommes

La génomique des populations nous permet maintenant de passer de la comparaison de génome unique à l'étude de pangénomes, donnant ainsi accès aux variations individuelles de la présence/absence de gènes au niveau de la population.

A travers le projet GONG, nous utilisons la levure Saccharomyces cerevisiae comme organisme modèle pour explorer, au niveau de l'espèce et à l'échelle du génome, la dynamique de l'acquisition des gènes au moment où ils apparaissent et avant qu'ils ne soient éliminés par la sélection.

Nous bénéficions directement de l'ensemble de données génomiques de population de haute qualité disponible et de la possibilité d'effectuer des tests expérimentaux à grande échelle à un niveau qui n'est accessible dans aucun autre organisme modèle.

L'objectif principal de notre proposition est d'explorer systématiquement les mécanismes d'acquisition des nouveaux gènes et leurs contributions relatives à l'émergence de nouveautés évolutives. Le résultat de cette proposition fournira une vue multicouche des impacts fonctionnels et évolutifs des nouveaux gènes dans le pangénome de la levure, révélant des règles générales conduisant à l'évolution de nouveaux gènes et de nouvelles fonctions chez les eucaryotes.

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Pourriez-vous expliquer en termes simples ce qu'est la génomique évolutive et quantitative ?

« C'est l'étude de l'information génétique pour comprendre comment les gènes évoluent et contribuent aux différences entre les individus. Cela inclut l'étude des variations génétiques au sein des populations, avec un accent particulier sur la quantification de ces variations et sur les facteurs responsables de ces mutations, qu'elles soient dues à des facteurs aléatoires (dérive génétique) ou à la sélection (environnement). »

En quoi consiste un "pangénome" et pourquoi est-il pertinent de le caractériser à partir de bactéries et de levures ?

« Le pangénome peut être comparé à un dictionnaire contenant tous les gènes présents dans une espèce. L'accès au pangénome d'une espèce est utile pour mieux comprendre sa biologie. Les bactéries ont un pangénome particulier, car elles empruntent fréquemment des gènes à d'autres espèces. Les levures constituent un bon modèle pour étudier les pangénomes eucaryotes, tant du point de vue méthodologique que biologique. »

Quelle est la différence entre un "génome cœur" et des "gènes accessoires" ? Pourquoi sont-ils importants dans la compréhension de l'évolution des organismes ? 

« Dans le cadre de nos recherches, nous voulons comprendre quelles parties d'un pangénome sont communes à tous les individus de l'espèce (génome central) et lesquelles sont spécifiques à certains groupes (gènes accessoires). Cela nous aide à comprendre comment les gènes évoluent au sein d'une espèce.
En général, les gènes présents chez tous les individus sont essentiels et souvent impliqués dans des fonctions biologiques importantes. En revanche, d'autres gènes ne sont présents que chez certains individus, soit parce qu'ils ont été perdus par une partie de la population, soit parce qu'ils ont été empruntés à d'autres organismes. Ces gènes ne remplissent généralement pas de fonction essentielle, mais peuvent introduire des caractères nouveaux et donc être sources d'innovations évolutives. L'homme a également obtenu une partie de son matériel génétique de ses cousins, les Néandertaliens et les Dénisoviens, ce qui a eu des répercussions sur l'adaptation à un environnement spécifique et sur le système immunitaire. »

Quelles sont les implications fonctionnelles des gènes accessoires, et comment sont-ils façonnés par les interactions avec l'homme et l'environnement ?

En général, les organismes héritent des pièces de base du puzzle de leurs parents, mais ils semblent parfois emprunter quelques pièces manquantes à leur environnement. Les "gènes accessoires" sont un peu comme les pièces spéciales que certaines levures possèdent, mais pas toutes. C'est comme si la levure empruntait des pièces (gènes accessoires) à d'autres puzzles pour compléter le sien et évoluer de manière unique.

Ces gènes sont façonnés par les interactions avec l'homme et l'environnement de plusieurs manières. Les pressions sélectives exercées par des conditions environnementales particulières peuvent favoriser ou éliminer certains gènes accessoires en fonction de leur utilité. En outre, les interactions avec l'homme, telles que la domestication ou la sélection pour des propriétés spécifiques, peuvent également influencer la présence ou l'absence de ces gènes dans les génomes.
En comprenant comment ces gènes accessoires sont influencés, nous pouvons mieux comprendre comment les organismes s'adaptent et évoluent en réponse aux changements de leur environnement et aux interactions avec l'homme. Cela permet de mieux comprendre la capacité d'adaptation des espèces et la manière dont elles modifient leurs génomes en réponse à des pressions évolutives spécifiques.

En retracant l'évolution de Saccharomyces cerevisiae avec 1011 génomes, qu'avez-vous découvert ?

« L'étude des 1011 génomes a fourni de nombreuses informations nouvelles sur l'évolution de l'espèce. Nous avons confirmé une découverte antérieure selon laquelle cette espèce est originaire d'Asie du Sud-Est et nous proposons un événement unique hors de Chine qui a établi les populations de S. cerevisiae dans le monde entier. Nous avons découvert de nombreuses nouvelles lignées caractéristiques des aliments et des boissons fermentés et nous avons mis en évidence des signatures génomiques spécifiques, dont certaines sont probablement dues à la sélection dans un environnement spécifique. Au-delà de notre étude, ces ressources ont été utilisées par de nombreux laboratoires dans le monde entier et ont permis de nouvelles découvertes biologiques. » 

Pourquoi est-il nécessaire d'hybrider certaines souches dans votre recherche, notamment en combinant deux parents ayant des génomes différents ?

L'hybridation de certaines souches, en combinant deux parents aux génomes différents, est essentielle dans nos recherches pour plusieurs raisons.
Tout d'abord, elle nous permet de créer des organismes hybrides avec des combinaisons génétiques uniques qui n'existent pas à l'état naturel. Cela nous donne l'occasion de comprendre comment les gènes interagissent et se combinent de manière spécifique. En combinant les génomes de deux parents différents, nous pouvons observer comment les traits génétiques sont hérités et se manifestent dans la progéniture hybride. Cela nous aide à mieux comprendre les mécanismes de transmission génétique et à étudier les effets de la diversité génétique sur l'évolution des caractères.

En outre, cette approche nous permet d'explorer la façon dont les génomes hybrides évoluent par mutations et recombinaisons. En comprenant ces réactions, nous pouvons obtenir des informations cruciales sur la stabilité du génome, ce qui est important pour comprendre l'évolution des espèces.

Comment les mutations, les copies contribuent-elles à la diversité génétique de la levure ?

Les mutations et le nombre de copies de gènes jouent un rôle crucial dans l'augmentation de la diversité génétique chez la levure. Les mutations représentent des changements spontanés dans la séquence génétique, qui peuvent se produire pendant la réplication de l'ADN. Ces modifications génétiques peuvent créer de nouvelles variations dans les gènes, introduisant ainsi de la diversité dans la population.

Le nombre de copies de gènes peut également changer, par exemple à la suite d'une duplication, et constitue un autre mécanisme important de variation génétique. Lorsque les gènes sont amplifiés, la levure se retrouve avec plusieurs copies de certains gènes. Ces copies supplémentaires peuvent subir des mutations indépendantes, conduisant à des versions modifiées des gènes originaux. Cela crée une diversité génétique au sein de la population.

La combinaison des mutations et du nombre de copies de gènes contribue à la variabilité génétique dont peut hériter la progéniture. Cette variabilité donne à une population la souplesse nécessaire pour s'adapter à des environnements changeants et pour évoluer au fil du temps. En comprenant comment ces mécanismes interagissent, nous comprenons mieux les forces évolutives qui façonnent la diversité génétique au sein de cette espèce.

Pouvez-vous expliquer comment ces recherches pourraient avoir un impact sur la santé humaine, de manière simple ?

« Nos études peuvent contribuer à une meilleure compréhension de la manière dont le matériel génétique est transmis à la génération suivante et de sa stabilité dans le temps. Cela peut être utile pour de nombreuses maladies qui ont une base génétique ou qui sont déclenchées par l'instabilité du génome, qui est une caractéristique de nombreux types de cancers. L'étude des pangénomes a également une implication importante dans la compréhension du développement de la résistance aux médicaments antifongiques, qui constituent une menace émergente pour la santé humaine.

En étudiant les pangénomes, nous pouvons identifier les adaptations spécifiques que la levure développe pour faire face à des changements dans son environnement. Cela peut avoir des implications pratiques, par exemple, dans la compréhension des mécanismes de résistance aux stress environnementaux.
De plus, la levure étant un organisme modèle, les informations obtenues peuvent être extrapolées à d'autres organismes, y compris les humains. Comprendre comment les gènes accessoires influencent l'évolution du génome peut avoir des applications dans la recherche médicale, notamment dans la compréhension des mécanismes de résistance aux maladies ou dans le développement de nouvelles thérapies géniques.

En résumé, cette compréhension approfondie du processus d'acquisition de nouveaux mécanismes moléculaires par la levure offre des perspectives importantes sur l'évolution des organismes, avec des implications potentielles pour la santé humaine et la biotechnologie. »