Invasion massive d'éléments génétiques égoïstes dans les gènes de paramécie

Publié par Isabelle le 07/09/2021 à 13:00
Source: CNRS INSB
Les éléments transposables sont des éléments génétiques mobiles qui ont la capacité de se multiplier au sein du génome de leur hôte en détournant la machinerie cellulaire pour leur propre réplication. Les régions codantes des génomes constituent un no-man's land pour les parasites intragénomiques, car toute insertion dans ces régions est généralement délétère et donc contre-sélectionnée. Une étude récente publiée dans PLOS Biology montre qu'une classe particulière d'élément transposable a réussi à contourner cette contrainte pour envahir les régions codantes du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une...) de paramécie.


© S. Duharcourt

Les paramécies sont des eucaryotes unicellulaires qui possèdent deux types de noyau: un micronoyau (MIC), diploïde (2n chromosomes), qui est responsable de la transmission de l'information génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) au fil des générations sexuées, mais qui n'est pas exprimé, et un macronoyau (MAC), fortement polyploïde (800n) et où les gènes sont actifs. A chaque génération sexuée, le génome MAC est généré de novo à partir du noyau zygotique (dérivé du MIC). Au cours de ce processus, une fraction importante du génome MIC est éliminée du MAC. En particulier, des travaux précédents avaient montré que le génome MIC de Paramecium tetraurelia contient ~45.000 séquences appelées IES (pour 'Internal Eliminated Sequences'). Ces IES sont de courtes séquences (longueur médiane (Le terme de médiane, du latin medius, qui est au milieu, possède plusieurs acceptations en...) ~52 pb), généralement non-codantes, dispersées dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) du génome. Ces IES sont excisées très précisément, au nucléotide près, au cours du développement du MAC. La précision de cette excision (Une excision est, dans son sens le plus général, l'ablation d'un morceau de tissu...) est essentielle pour pouvoir restaurer des gènes fonctionnels dans le MAC, car 80% de ces IES sont insérées à l'intérieur de régions codantes.

L'origine évolutive de ces éléments génétiques est longtemps restée mystérieuse. Plusieurs indices suggéraient que ces IES pouvaient correspondre à des reliques de transposons. Cependant, la quasi-totalité des IES identifiées chez P. tetraurelia étaient des séquences uniques et ne montrant aucun signe de mobilité récente. Pour comprendre l'origine évolutive de ces éléments, les scientifiques ont séquencé les génomes MIC et MAC de neuf espèces de paramécies. La comparaison de ces génomes a permis de caractériser plusieurs vagues d'insertion d'IES au cours de l'histoire évolutive des paramécies. En particulier, les auteurs ont identifié dans certaines lignées plusieurs milliers d'IES résultant de mobilisations récentes. Ces IES mobiles correspondent à des éléments transposables, le plus souvent non-autonomes (éléments qui peuvent transposer mais ne produisent pas leur propre machinerie de transposition), dont certains ont été acquis par "transfert horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la...)" entre espèces.

Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) constitue la première démonstration directe (Dans une démonstration directe, pour montrer que , on commence par supposer que P est vraie, et on...) que des ET sont à l'origine de la prolifération massive (Le mot massif peut être employé comme :) des IES dans les gènes de paramécies. En comparant des IES d'âges différents, on peut voir que l'efficacité de leur excision s'améliore au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), ce qui reflète probablement l'effet d'une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) de sélection pour réduire le fardeau causé par les erreurs d'excision.

La plupart des IES évoluent très rapidement, comme attendu pour des séquences non-fonctionnelles. Les rares exceptions à cette règle correspondent à des IES chevauchant des gènes cellulaires dont l'expression est inactivée par l'excision de l'IES au cours du développement du MAC. Ces exemples révèlent que la machinerie d'excision des IES a pu être recrutée au cours de l'évolution pour contrôler l'expression de ces gènes.

L'évolution des IES et de leur machinerie d'excision offre un parallèle saisissant avec l'évolution des introns des gènes morcelés et leur machinerie d'épissage: dans les deux cas, il s'agit à l'origine d'ET qui ont réussi à coloniser une nouvelle niche dans les régions codantes des génomes, grâce à un mécanisme permettant leur excision avant que le gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la...) soit traduit en protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...). Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) comme les introns, les IES illustrent l'impact des éléments génétiques égoïstes dans l'évolution de la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) de l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des génomes et des processus d'expression des gènes.


Le séquençage des génomes de différentes espèces de paramécie a permis de révéler plusieurs vagues d'insertion des IES (flèches rouges) dont deux très massives: l'une ancestrale qui précède la radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se...) des espèces P. aurelia et l'autre plus récente au sein de la branche P. sonneborni (flèches rouges). Parmi les familles d'IES montrant des signes de mobilité récente chez P. tredecaurelia et P. sonneborni, plusieurs ont subi des transferts horizontaux entre ces deux lignées (flèches vertes).
© S. Duharcourt/L. Duret

Pour en savoir plus:
Massive colonization of protein-coding exons by selfish genetic elements in Paramecium germline genomes.
Sellis S, Guérin F, Arnaiz O, Pett W, Lerat E, Boggetto N, Krenek S, Berendonk T, Couloux A, Aury J-M, Labadie K, Malinsky S, Bhullar S, Meyer E, Sperling L, Laurent Duret L, Duharcourt S PLOS Biology 29 juillet 2021. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001309

laboratoires:
- Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Jacques Monod (Jacques Monod, né à Paris le 9 février 1910 et mort à Cannes le...) (Université de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), CNRS) - Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Paris Diderot/CNRS - Bâtiment Buffon, 15 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux...) Hélène Brion, 75205 Paris CEDEX 13.
- Laboratoire de biométrie et bBiologie évolutive (Université Lyon 1, CNRS) - UCB Lyon 1 - Bât (Un bât est un accessoire destiné à permettre le port de lourdes charges par des...). Grégor (Grégor est un système stellaire de fiction dans l'Honorverse. L'un des sept terminus de...) Mendel. 43 bd du 11 novembre 1918. 69622 villeurbanne E cedex.

Contacts:
- Sandra Duharcourt - Chercheuse CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) à l'Institut Jacques Monod (IJM) - (CNRS/Univ. Paris Diderot) - sandra.duharcourt at ijm.fr
- Laurent Duret - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) CNRS au Laboratoire de biométrie et biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) évolutive (Université Lyon 1 / CNRS) - Laurent.Duret at univ-lyon1.fr
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