496 trOiSiÈMe partie La génétique
autres marqueurs, y compris les gènes, en mesurant le degré de
liaison génétique avec les marqueurs connus. La carte de liaison
génétique constitue également un cadre de travail précieux
pour la préparation de cartes plus détaillées de certaines
régions. Nous avons déjà vu au chapitre 15, cependant, que
les distances absolues entre les gènes ne peuvent être déterminées à l’aide de cette approche.
L’étape suivante a consisté à dresser la carte physique du
génome humain. Sur ce type de carte, les distances entre les
marqueurs sont exprimées en fonction d’une grandeur physique, généralement le nombre de paires de bases (pb) d’ADN.
Pour cartographier l’ensemble du génome, on trace une carte
physique en découpant l’ADN de chacun des chromosomes en
un certain nombre de fragments de restriction, puis on détermine l’ordre dans lequel ceux-ci se trouvaient sur l’ADN du
chromosome. Il est essentiel de produire des fragments qui se
recouvrent partiellement, puis de trouver les zones de recouvrement à l’aide de sondes ou grâce au séquençage nucléotidique
automatisé des extrémités (figure 21.2, étape ➋). De cette
façon, on peut assigner des fragments à un ordre séquentiel qui
correspond à cet ordre dans un chromosome.
Enfin, nous étudierons les hypothèses actuelles qui nous
aident à saisir comment sont apparus les génomes et comment
l’évolution des mécanismes de développement a pu engendrer
la grande diversité de la vie sur Terre aujourd’hui.
ConCept
21.1
De nouvelles approches ont accéléré
la cadence du séquençage des génomes
Le séquençage du génome humain, connu sous le nom de
Projet génome humain, est un ambitieux projet de recherche. Il a été lancé officiellement en 1990 sous l’égide d’un
consortium international financé par le secteur public et
réunissant des scientifiques œuvrant dans des universités
et des instituts de recherche. Ce projet a entraîné la création
de 20 grands centres de séquençage répartis dans 6 pays, en
plus d’une quantité d’autres laboratoires travaillant sur de
petits projets.
Alors que le séquençage du génome humain était presque
terminé, en 2003, la séquence de chaque chromosome a été
analysée avec soin et décrite dans une série de publications,
dont la dernière, publiée en 2006, portait sur le chromosome 1.
Forts de ces améliorations, les chercheurs ont qualifié le séquençage de « pratiquement terminé ». Pour en arriver là, le projet a
suivi trois étapes qui ont permis de recueillir de plus en plus de
détails sur le génome humain : la cartographie de liaison génétique, la cartographie physique et le séquençage de l’ADN.
Une approche en trois étapes
pour séquencer un génome
Même avant le début du Projet génome humain, les premières
recherches avaient donné une image approximative de la structure des génomes d’un grand nombre d’organismes. Par exemple, le caryotype de nombreuses espèces a révélé les nombres
de chromosomes et leurs motifs de bandes (voir la figure 13.3,
p. 284). En outre, on avait déjà réussi à repérer quelques gènes
sur une région particulière d’un chromosome au moyen de
l’hybri dation in situ en fluorescence (en anglais FISH, pour
fluorescence in situ hybridization). Au cours de cette technique,
des sondes d’acides nucléiques portant un marqueur fluorescent s’hybrident avec un réseau immobilisé de chromosomes
entiers (voir la figure 15.1, p. 329). Les cartes chromosomiques
fondées sur ce type d’information ont fourni le point de départ
d’une cartographie plus détaillée du génome humain.
À partir de ces cartes chromosomiques, la première étape
du séquençage du génome humain de grande taille a consisté
à construire une carte de liaison génétique (un type de
carte génétique ; voir la figure 15.11, p. 340) de plusieurs
milliers de marqueurs génétiques espacés sur les chromosomes (figure 21.2, étape ➊). Cette carte permet d’établir
l’ordre des marqueurs et leurs distances relatives à partir des
fréquences de recombinaison. Les marqueurs peuvent être des
gènes ou toute autre séquence d’ADN identifiable, comme un
PTFR ou les répétitions courtes en tandem (STR), dont il a été
question au chapitre 20. Dès 1992, les chercheurs ont établi
une carte de liaison génétique du génome humain comportant
environ 5 000 marqueurs. Avec cette carte, ils ont pu repérer les
m Figure 21.2 L’approche en trois étapes pour séquencer
un génome entier. Les chercheurs du Projet génome humain ont
commencé leur travail en s’aidant d’une carte chromosomique de chaque
chromosome. Ils ont eu recours à une méthode en trois étapes qui leur
a permis d’atteindre le but, c’est-à-dire obtenir la séquence nucléotidique
presque complète de chaque chromosome.
Bandes chromosomiques
Gènes repérés
par la technique FISH
Carte chromosomique
Motif des bandes
chromosomiques et
localisation des gènes
spécifiques par hybridation
in situ en fluorescence (FISH)
Marqueurs
génétiques
Fragments
se chevauchant
partiellement
Cartographie de liaison génétique
Ordonnancement des marqueurs
génétiques tels que les
PTFR, les STR et les autres
polymorphismes (environ
200 par chromosome)
1
Cartographie physique
Ordonnancement de longs
fragments chevauchants
clonés dans des vecteurs
de chromosome artificiel de levure
ou de chromosome artificiel bactérien,
suivi de l’agencement des fragments
plus petits clonés dans des vecteurs
phagiques ou plasmidiques
2
Séquençage de l’ADN
Détermination de la séquence
nucléotidique de chaque petit
fragment et assemblage des
séquences partielles en une
séquence complète du génome
3
… GACTTCATCGGTATCGAACT …
autres marqueurs, y compris les gènes, en mesurant le degré de
liaison génétique avec les marqueurs connus. La carte de liaison
génétique constitue également un cadre de travail précieux
pour la préparation de cartes plus détaillées de certaines
régions. Nous avons déjà vu au chapitre 15, cependant, que
les distances absolues entre les gènes ne peuvent être déterminées à l’aide de cette approche.
L’étape suivante a consisté à dresser la carte physique du
génome humain. Sur ce type de carte, les distances entre les
marqueurs sont exprimées en fonction d’une grandeur physique, généralement le nombre de paires de bases (pb) d’ADN.
Pour cartographier l’ensemble du génome, on trace une carte
physique en découpant l’ADN de chacun des chromosomes en
un certain nombre de fragments de restriction, puis on détermine l’ordre dans lequel ceux-ci se trouvaient sur l’ADN du
chromosome. Il est essentiel de produire des fragments qui se
recouvrent partiellement, puis de trouver les zones de recouvrement à l’aide de sondes ou grâce au séquençage nucléotidique
automatisé des extrémités (figure 21.2, étape ➋). De cette
façon, on peut assigner des fragments à un ordre séquentiel qui
correspond à cet ordre dans un chromosome.
Enfin, nous étudierons les hypothèses actuelles qui nous
aident à saisir comment sont apparus les génomes et comment
l’évolution des mécanismes de développement a pu engendrer
la grande diversité de la vie sur Terre aujourd’hui.
ConCept
21.1
De nouvelles approches ont accéléré
la cadence du séquençage des génomes
Le séquençage du génome humain, connu sous le nom de
Projet génome humain, est un ambitieux projet de recherche. Il a été lancé officiellement en 1990 sous l’égide d’un
consortium international financé par le secteur public et
réunissant des scientifiques œuvrant dans des universités
et des instituts de recherche. Ce projet a entraîné la création
de 20 grands centres de séquençage répartis dans 6 pays, en
plus d’une quantité d’autres laboratoires travaillant sur de
petits projets.
Alors que le séquençage du génome humain était presque
terminé, en 2003, la séquence de chaque chromosome a été
analysée avec soin et décrite dans une série de publications,
dont la dernière, publiée en 2006, portait sur le chromosome 1.
Forts de ces améliorations, les chercheurs ont qualifié le séquençage de « pratiquement terminé ». Pour en arriver là, le projet a
suivi trois étapes qui ont permis de recueillir de plus en plus de
détails sur le génome humain : la cartographie de liaison génétique, la cartographie physique et le séquençage de l’ADN.
Une approche en trois étapes
pour séquencer un génome
Même avant le début du Projet génome humain, les premières
recherches avaient donné une image approximative de la structure des génomes d’un grand nombre d’organismes. Par exemple, le caryotype de nombreuses espèces a révélé les nombres
de chromosomes et leurs motifs de bandes (voir la figure 13.3,
p. 284). En outre, on avait déjà réussi à repérer quelques gènes
sur une région particulière d’un chromosome au moyen de
l’hybri dation in situ en fluorescence (en anglais FISH, pour
fluorescence in situ hybridization). Au cours de cette technique,
des sondes d’acides nucléiques portant un marqueur fluorescent s’hybrident avec un réseau immobilisé de chromosomes
entiers (voir la figure 15.1, p. 329). Les cartes chromosomiques
fondées sur ce type d’information ont fourni le point de départ
d’une cartographie plus détaillée du génome humain.
À partir de ces cartes chromosomiques, la première étape
du séquençage du génome humain de grande taille a consisté
à construire une carte de liaison génétique (un type de
carte génétique ; voir la figure 15.11, p. 340) de plusieurs
milliers de marqueurs génétiques espacés sur les chromosomes (figure 21.2, étape ➊). Cette carte permet d’établir
l’ordre des marqueurs et leurs distances relatives à partir des
fréquences de recombinaison. Les marqueurs peuvent être des
gènes ou toute autre séquence d’ADN identifiable, comme un
PTFR ou les répétitions courtes en tandem (STR), dont il a été
question au chapitre 20. Dès 1992, les chercheurs ont établi
une carte de liaison génétique du génome humain comportant
environ 5 000 marqueurs. Avec cette carte, ils ont pu repérer les
m Figure 21.2 L’approche en trois étapes pour séquencer
un génome entier. Les chercheurs du Projet génome humain ont
commencé leur travail en s’aidant d’une carte chromosomique de chaque
chromosome. Ils ont eu recours à une méthode en trois étapes qui leur
a permis d’atteindre le but, c’est-à-dire obtenir la séquence nucléotidique
presque complète de chaque chromosome.
Bandes chromosomiques
Gènes repérés
par la technique FISH
Carte chromosomique
Motif des bandes
chromosomiques et
localisation des gènes
spécifiques par hybridation
in situ en fluorescence (FISH)
Marqueurs
génétiques
Fragments
se chevauchant
partiellement
Cartographie de liaison génétique
Ordonnancement des marqueurs
génétiques tels que les
PTFR, les STR et les autres
polymorphismes (environ
200 par chromosome)
1
Cartographie physique
Ordonnancement de longs
fragments chevauchants
clonés dans des vecteurs
de chromosome artificiel de levure
ou de chromosome artificiel bactérien,
suivi de l’agencement des fragments
plus petits clonés dans des vecteurs
phagiques ou plasmidiques
2
Séquençage de l’ADN
Détermination de la séquence
nucléotidique de chaque petit
fragment et assemblage des
séquences partielles en une
séquence complète du génome
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