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Posté par Adrien le Mercredi 21/03/2018 à 00:00
Plasticité du génome: l'exemple des gènes répétés ribosomiques 5S
Les gènes codant pour les ARN ribosomiques (constituants des ribosomes qui assurent la traduction des protéines au sein de la cellule) sont tous hautement répétés dans le génome, ce qui permet la production en grande quantité de ces ARNr. Les chercheurs de l'unité Génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les...), Reproduction et Développement ont révélé une importante variation du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) et de l'expression des gènes d'ARNr 5S entre différents écotypes de l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est...) Arabidopsis thaliana. Ce travail a été publié le 6 mars 2018 dans la revue Nucleic Acids Research.


Figure: Dans le génome de référence d'Arabidopsis thaliana de l'écotype Columbia 2 000 gènes d'ARNr 5S sont organisés en 3 loci situés sur les chromosomes 3, 4 et 5. Des sondes dirigées contres les séquences "signatures" permettent de révéler par hybridation in situ de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un matériau.) (FISH) de façon spécifique le locus du chromosome (Le chromosome (du grec khroma, couleur et soma, corps, élément) est l'élément porteur de l'information génétique. Les...) 4 (rouge) et celui du chromosome 5 (vert) sur des chromosomes en métaphase (en haut à gauche) ou sur des chromosomes au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) pachytène (en bas à gauche). L'écotype Landsberg erecta possède un nouveau locus 5S sur le bras du chromosome 3 qui contient des gènes d'ARNr 5S portant les "signatures" du locus du chromosome 5. Ceux-ci sont visualisés par FISH en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante...) sur les chromosomes 3 et 5 (en bas à droit).
© Aline Probst

L'ARN ribosomique 5S est un composant des ribosomes, les complexes ARN/protéines qui traduisent l'information génétique en protéines. Cette fonction essentielle pour la cellule nécessite une régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) fine de l'expression des ARNr 5S en fonction des exigences cellulaires. Du fait de leur rôle essentiel et de la nécessité d'être produites en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou...), l'information génétique qui porte ces ARNr 5S est hautement répétée. Les gènes d'ARNr 5s sont concentrés dans les régions péricentromériques des chromosomes. Étant donné leur localisation et leur nature répétée ils ne sont pas correctement positionnés sur le génome de référence, ce qui rend l'analyse approfondie de l'organisation (Une organisation est), de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) et de la régulation épigénétique des gènes d'ARNr 5S difficile. Ces répétitions des gènes d'ARNr 5S recèlent néanmoins quelques disparités de séquences et de transcription car certaines copies portent des polymorphismes et toutes les copies ne sont pas transcrites, ce qui en fait un modèle de choix pour étudier leur régulation: comment des séquences quasi identiques s'expriment-elles de façon différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau des entiers...) ?

Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont étudié l'organisation (ADN) et l'expression (ARN) des gènes 5S chez Arabidopsis thaliana, qui sont organisés en plusieurs loci sur des chromosomes différents. L'analyse de plusieurs milliers de ces gènes a révélé l'existence de "signatures" génétiques permettant de distinguer trois principales régions chromosomiques où se situe la majeure partie des gènes exprimant les ARNs 5S. En utilisant ces "séquences-signatures", ils ont développé des méthodes bioinformatiques afin d'analyser les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des composants d'une macromolécule (les acides aminés d'une...) à haut-débit des répétitions d'ADNr 5S et de leur expression. Ils ont également réussi à concevoir des sondes fluorescentes spécifiques pour suivre ces 3 loci dans le noyau des cellules végétales. Grâce à ces outils, l'équipe a montré des polymorphismes entre les différentes répétitions de gènes d'ARNr 5S et un marquage épigénétique différentiel (Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative aux besoins d'un ensemble mécanique.) entre les loci qui se traduit par un patron distinct d'expression de ces gènes.

Ces outils ont également permis de caractériser des plantes de l'espèce d'Arabidopsis thaliana d'origines géographiques différentes (écotypes) et de démontrer l'existence d'une dynamique importante des loci d'ADNr 5S ayant des conséquences sur l'organisation des chromosomes dans le noyau. Par exemple, le locus d'ADNr 5S du chromosome 5 est une source majeure de réarrangements chromosomiques. Enfin, ces résultats suggèrent l'existence d'une plasticité importante au niveau du choix des gènes d'ARNr 5S exprimés entre les loci et au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un...) d'un locus entre différents écotypes.

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Source: CNRS-INSB
 
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