L'ADN est le code génétique qui fournit les instructions biologiques pour toutes les espèces vivantes, mais chaque morceau d'ADN aide à survivre l'espèce. Certains morceaux d'ADN ressemblent davantage à des parasites, pour la balade et leur propre survie.
Pour traduire l'ADN en protéines, les éléments constitutifs de la vie, bon nombre de ces éléments d'ADN égoïstes doivent être retirés du code génétique. Cela permet au corps de produire la grande diversité de protéines qui permettent une vie complexe, mais le processus peut également entraîner des problèmes de santé, comme certains types de cancer.
Les chercheurs de l'Université de Californie, Santa Cruz étudient la façon dont ces éléments génétiques se cachent et font des copies d'eux-mêmes, afin qu'ils puissent se propager dans l'ADN d'une espèce, ou même passer d'une espèce à une espèce sans rapport dans un processus appelé «transfert de gènes horizontal».
Une nouvelle étude dans la première revue Proceedings de la National Academy of Sciences prouve qu'un type d'élément génétique appelé « intronistes » est la cause de bon nombre de ces gènes égoïstes se propageant à l'intérieur et entre les espèces. Il fournit des preuves de huit cas dans lesquels les intronistes ont été transférés entre des espèces non liées, les premiers exemples éprouvés de ce phénomène.
Ces résultats nous aident à comprendre comment les génomes ont évolué pour devenir si complexes et comment nous pourrions profiter de cette complexité dans la recherche sur la santé humaine.
Les intronistes sont un moyen que les architectures du génome et la complexité surviennent, mais pas nécessairement parce qu'il existe une sélection naturelle qui favorise cette complexité. Quelques-uns peuvent finalement profiter à l'hôte, mais la plupart ne sont que des tricheurs qui ont trouvé une très bonne façon de se cacher dans le génome. «
Russ Corbett-Detig, auteur principal de l'étude et professeur de génie biomoléculaire, Baskin School of Engineering
Enquêter sur les intronistes
Corbett-Detig et son ancien étudiant de premier cycle Landen Gozashti, maintenant boursier postdoctoral à UC Berkeley après un doctorat stellaire de Harvard, ont passé des années à étudier les introns, les segments d'ADN non codants qui doivent être supprimés avant que les protéines ne puissent être produites.
Ils voulaient comprendre pourquoi ces bits d'ADN codant pour les protéines sont observés en différentes quantités entre tous les animaux, les plantes, les champignons et les protistes, et comment ils ont réussi à se reproduire et à survivre avec succès. Cela a longtemps été un mystère de la façon dont tous ces introns ont d'abord existé dans l'ADN, car la plupart ne semblent pas remplir une fonction évolutive.
Les scientifiques sont intéressés par cela comme un moyen de comprendre davantage l'évolution du génome, mais aussi parce que les introns permettent un processus crucial appelé «épissage alternatif». Les introns doivent être épissés hors de la séquence d'ADN pour créer des protéines, mais ce processus peut avoir une variation et une erreur, ce qui signifie que différentes versions d'une protéine peuvent être créées à partir du même gène. En fin de compte, cela signifie qu'un organisme peut être plus complexe, mais il introduit également le risque de problèmes de santé si l'épissage brise un gène. De nombreux chercheurs, y compris ceux de l'UC Santa Cruz Genomics Institute, étudient comment l'épissage alternatif peut être étudié pour mieux comprendre les maladies génétiques. Cette recherche améliore la science fondamentale de ce travail lié à la santé.
Dans cette étude, les chercheurs ont prouvé que les intronistes sont l'une des principales façons dont les nouveaux introns apparaissent avec l'ADN d'une espèce. Les intronistes sont une sorte d'élément transposable, un « gène de saut » qui peut passer d'une partie d'un génome à un autre, qui a trouvé un moyen de faire avec succès des copies d'introns dans tout un génome. Les travaux antérieurs de l'équipe l'ont suggéré, mais leurs méthodes avancées de recherche de l'ADN d'un large éventail d'espèces leur ont maintenant permis de confirmer définitivement leur hypothèse.
Les chercheurs ont recherché des intronistes dans l'ADN de milliers d'espèces, ce que récemment n'a rendu possible en raison des efforts coordonnés en cours pour séquencer un large éventail de biodiversité et rendre les données accessibles au public, comme le projet Earth Biogenome et le Sanger Tree of Life.
Ils ont trouvé des preuves de 1 093 familles d'intronistes parmi les 8 716 génomes qu'ils ont analysés, ce qui suggère qu'il existe de nombreux types d'intronistes capables de répandre des introns à travers les génomes de diverses espèces.
« Parce que les transposons sont incroyablement diversifiés et présents dans pratiquement tous les eucaryote, cela implique que cela peut vraiment être une manière très générale que de nouvelles introns surviennent dans différentes lignées », a déclaré Corbett-Detig.
Ces intronistes sont apparus le plus souvent dans des espèces d'algues, de champignons et de divers eucaryotes unicellulaires, avec un exemple trouvé dans un oursin et une tunica, un invertébré marin tunical.
Transfert entre espèces
Parmi les nombreux génomes qu'ils ont analysés, les chercheurs ont trouvé les premières preuves directes du transfert de gènes horizontaux des intronistes. Ils ont trouvé huit exemples d'un intronien qui sortait du génome d'une espèce et s'installant dans le génome d'une autre espèce non apparentée que l'accouplement ne pouvait pas expliquer.
Dans un cas, les chercheurs ont trouvé un transfert de gènes horizontal entre deux espèces si non liées que leur dernier ancêtre commun était il y a 1,6 milliard d'années. En regardant les génomes des deux espèces – une éponge maritime et un protiste marin appelé un dinoflagellate – ils ont trouvé des preuves qu'il y a environ 40 millions d'années, un introner a sauté d'une de ces espèces à l'autre.
Les chercheurs ont émis l'hypothèse que les intronistes pourraient être atteints sur des virus géants afin de transférer entre les espèces.
« Ce virus lui-même est également un élément égoïste, donc c'est comme un élément égoïste qui fait la navette sur un autre élément égoïste », a déclaré Corbett-Detig.
Bien que huit exemples de transfert de gènes horizontaux ne semblent pas beaucoup, les chercheurs croient qu'il y en aurait beaucoup plus s'ils regardaient dans les 8,74 millions d'espèces d'eucaryotes qui existent.
« Étant donné le peu de diversité eucaryote que nous avons échantillonnée, je vous promets que si nous échantillons les autres, nous en trouverions beaucoup plus », a déclaré Corbett-Detig.
