chapitre 21 Les génomes et leur évolution 513
qu’ils constituent bel et bien les trois domaines fondamentaux du monde vivant (voir la figure 21.16).
En plus de leur intérêt en biologie de l’évolution, les
études comparatives génomiques montrent également que
les recherches menées sur des organismes modèles contribuent à mieux comprendre la biologie en général et la biologie
humaine en particulier. Il est surprenant de constater combien
des gènes qui ont évolué il y a très longtemps peuvent être
similaires chez des espèces disparates. À titre d’exemple, des
chercheurs sont arrivés à comprendre les fonctions des gènes
de maladies génétiques humaines en étudiant leurs équivalents normaux chez la levure, car plusieurs gènes de cet organisme ressemblent d’assez près à certains gènes responsables
de maladies chez les humains. Cette ressemblance frappante
souligne l’origine commune de ces deux espèces distantes.
La comparaison entre espèces
étroitement apparentées
Les structures des génomes de deux espèces étroitement apparentées sont probablement similaires par suite de leur divergence relativement récente. Comme nous l’avons mentionné
précédemment, le génome entièrement séquencé d’une espèce
peut servir d’ébauche pour organiser les séquences provenant
d’une espèce étroitement apparentée ; la cartographie du
second génome en est ainsi accélérée. Les chercheurs ont été
en mesure, par exemple, de séquencer rapidement le génome
du chimpanzé grâce à la séquence du génome humain.
La divergence récente de deux espèces étroitement apparentées est à l’origine du petit nombre de différences entre les
gènes que révèle la comparaison de leurs génomes. Il est alors
plus facile d’établir des corrélations entre les différences génétiques particulières et les variantes phénotypiques entre ces
deux espèces. Ce type d’analyse s’avère fort utile pour les
chercheurs qui veulent comparer le génome humain avec les
génomes du chimpanzé, de la souris, du rat et d’autres Mammifères. En identifiant les gènes partagés par ces espèces, qui
sont toutes des Mammifères, on devrait obtenir des indices sur
ce qui caractérise un Mammifère, alors qu’en distinguant les
gènes partagés uniquement par les chimpanzés et les humains,
donc en excluant les Rongeurs, on devrait en connaître plus
sur les Primates. Et, bien sûr, la comparaison du génome
humain avec celui du chimpanzé devrait nous aider à répondre
à la question absolument fascinante que nous avons posée au
début du présent chapitre : quelles informations génomiques
caractérisent un humain ou un chimpanzé ?
Une analyse de la composition globale des génomes de
l’humain et du chimpanzé, qui semblent avoir divergé il y a
seulement environ 6 millions d’années (voir la figure 21.16),
révèle quelques différences d’ordre général. Quand on examine les substitutions d’un seul nucléotide, on constate que
les génomes ne diffèrent que par 1,2 %. Cependant, lorsque les
chercheurs ont étudié des segments d’ADN plus longs, ils ont
été surpris de trouver une différence supplémentaire de 2,7 %,
en raison des insertions ou des délétions de plus grandes
régions de l’une ou l’autre espèce ; un grand nombre des insertions étaient des duplications ou d’autre ADN répétitif. En fait,
un tiers des duplications observées chez les humains sont
absentes du génome des chimpanzés, et certaines de ces duplications contiennent des régions associées à des maladies
humaines. Il y a plus d’éléments Alu dans le génome humain
que dans celui du chimpanzé, et ce dernier contient de nombreuses copies d’un provirus rétroviral absent chez les humains.
Toutes ces observations fournissent des indices concernant les
forces qui ont dû entraîner les deux génomes dans des directions différentes, mais notre compréhension du mécanisme de
cette divergence est encore incomplète. Nous ne savons pas
non plus dans quelle mesure ces différences expliquent les
caractéristiques distinctes de chaque espèce.
Afin de découvrir le fondement des différences phénotypiques entre les deux espèces, les biologistes étudient des
gènes spécifiques et des types de gènes qui distinguent les
humains et les chimpanzés ; ils les comparent ensuite avec
leurs contreparties chez d’autres Mammifères. Les résultats
obtenus montrent qu’un certain nombre de gènes changent
(évoluent) apparemment plus rapidement chez l’humain que
chez le chimpanzé ou la souris. C’est le cas notamment des
gènes intervenant dans la défense contre le paludisme et la
tuberculose et au moins d’un gène qui commande la taille
du cerveau. Quand on classe les gènes par fonction, on
s’aperçoit que les gènes codant pour des facteurs de transcription semblent évoluer plus rapidement que tous les autres.
Cette observation a du sens parce que les facteurs de transcription assurent la régulation de l’expression génique et
jouent donc un peu le rôle de chef d’orchestre du programme
génétique dans son ensemble.
Le gène d’un facteur de transcription, appelé FOXP2,
témoigne d’une modification rapide dans la lignée humaine.
Selon plusieurs sources de données, le gène FOXP2 interviendrait dans la vocalisation chez les Vertébrés. D’une part, des
mutations de ce gène peuvent provoquer de graves troubles
m Figure 21.16 Les relations au cours de l’évolution entre
les trois domaines de la vie. Ce diagramme en arborescence illustre
la divergence ancienne des Bactéries, des Archées et des Eucaryotes.
Dans le médaillon, la portion de la lignée des Eucaryotes montre la
divergence la plus récente de trois espèces de Mammifères examinées
dans le présent chapitre.
1
2
Milliards d’années
3
4
0
Bactéries
Eucaryotes
Archées
L’ancêtre
commun
le plus
récent de
tous les
êtres vivants
Millions d’années
0
10
20
30
40
50
60
70
Chimpanzé
Humain
Souris
qu’ils constituent bel et bien les trois domaines fondamentaux du monde vivant (voir la figure 21.16).
En plus de leur intérêt en biologie de l’évolution, les
études comparatives génomiques montrent également que
les recherches menées sur des organismes modèles contribuent à mieux comprendre la biologie en général et la biologie
humaine en particulier. Il est surprenant de constater combien
des gènes qui ont évolué il y a très longtemps peuvent être
similaires chez des espèces disparates. À titre d’exemple, des
chercheurs sont arrivés à comprendre les fonctions des gènes
de maladies génétiques humaines en étudiant leurs équivalents normaux chez la levure, car plusieurs gènes de cet organisme ressemblent d’assez près à certains gènes responsables
de maladies chez les humains. Cette ressemblance frappante
souligne l’origine commune de ces deux espèces distantes.
La comparaison entre espèces
étroitement apparentées
Les structures des génomes de deux espèces étroitement apparentées sont probablement similaires par suite de leur divergence relativement récente. Comme nous l’avons mentionné
précédemment, le génome entièrement séquencé d’une espèce
peut servir d’ébauche pour organiser les séquences provenant
d’une espèce étroitement apparentée ; la cartographie du
second génome en est ainsi accélérée. Les chercheurs ont été
en mesure, par exemple, de séquencer rapidement le génome
du chimpanzé grâce à la séquence du génome humain.
La divergence récente de deux espèces étroitement apparentées est à l’origine du petit nombre de différences entre les
gènes que révèle la comparaison de leurs génomes. Il est alors
plus facile d’établir des corrélations entre les différences génétiques particulières et les variantes phénotypiques entre ces
deux espèces. Ce type d’analyse s’avère fort utile pour les
chercheurs qui veulent comparer le génome humain avec les
génomes du chimpanzé, de la souris, du rat et d’autres Mammifères. En identifiant les gènes partagés par ces espèces, qui
sont toutes des Mammifères, on devrait obtenir des indices sur
ce qui caractérise un Mammifère, alors qu’en distinguant les
gènes partagés uniquement par les chimpanzés et les humains,
donc en excluant les Rongeurs, on devrait en connaître plus
sur les Primates. Et, bien sûr, la comparaison du génome
humain avec celui du chimpanzé devrait nous aider à répondre
à la question absolument fascinante que nous avons posée au
début du présent chapitre : quelles informations génomiques
caractérisent un humain ou un chimpanzé ?
Une analyse de la composition globale des génomes de
l’humain et du chimpanzé, qui semblent avoir divergé il y a
seulement environ 6 millions d’années (voir la figure 21.16),
révèle quelques différences d’ordre général. Quand on examine les substitutions d’un seul nucléotide, on constate que
les génomes ne diffèrent que par 1,2 %. Cependant, lorsque les
chercheurs ont étudié des segments d’ADN plus longs, ils ont
été surpris de trouver une différence supplémentaire de 2,7 %,
en raison des insertions ou des délétions de plus grandes
régions de l’une ou l’autre espèce ; un grand nombre des insertions étaient des duplications ou d’autre ADN répétitif. En fait,
un tiers des duplications observées chez les humains sont
absentes du génome des chimpanzés, et certaines de ces duplications contiennent des régions associées à des maladies
humaines. Il y a plus d’éléments Alu dans le génome humain
que dans celui du chimpanzé, et ce dernier contient de nombreuses copies d’un provirus rétroviral absent chez les humains.
Toutes ces observations fournissent des indices concernant les
forces qui ont dû entraîner les deux génomes dans des directions différentes, mais notre compréhension du mécanisme de
cette divergence est encore incomplète. Nous ne savons pas
non plus dans quelle mesure ces différences expliquent les
caractéristiques distinctes de chaque espèce.
Afin de découvrir le fondement des différences phénotypiques entre les deux espèces, les biologistes étudient des
gènes spécifiques et des types de gènes qui distinguent les
humains et les chimpanzés ; ils les comparent ensuite avec
leurs contreparties chez d’autres Mammifères. Les résultats
obtenus montrent qu’un certain nombre de gènes changent
(évoluent) apparemment plus rapidement chez l’humain que
chez le chimpanzé ou la souris. C’est le cas notamment des
gènes intervenant dans la défense contre le paludisme et la
tuberculose et au moins d’un gène qui commande la taille
du cerveau. Quand on classe les gènes par fonction, on
s’aperçoit que les gènes codant pour des facteurs de transcription semblent évoluer plus rapidement que tous les autres.
Cette observation a du sens parce que les facteurs de transcription assurent la régulation de l’expression génique et
jouent donc un peu le rôle de chef d’orchestre du programme
génétique dans son ensemble.
Le gène d’un facteur de transcription, appelé FOXP2,
témoigne d’une modification rapide dans la lignée humaine.
Selon plusieurs sources de données, le gène FOXP2 interviendrait dans la vocalisation chez les Vertébrés. D’une part, des
mutations de ce gène peuvent provoquer de graves troubles
m Figure 21.16 Les relations au cours de l’évolution entre
les trois domaines de la vie. Ce diagramme en arborescence illustre
la divergence ancienne des Bactéries, des Archées et des Eucaryotes.
Dans le médaillon, la portion de la lignée des Eucaryotes montre la
divergence la plus récente de trois espèces de Mammifères examinées
dans le présent chapitre.
1
2
Milliards d’années
3
4
0
Bactéries
Eucaryotes
Archées
L’ancêtre
commun
le plus
récent de
tous les
êtres vivants
Millions d’années
0
10
20
30
40
50
60
70
Chimpanzé
Humain
Souris