chapitre 21 Les génomes et leur évolution 515
présentait des malformations du cerveau et était incapable
d’émettre des vocalisations ultrasoniques normales ; par
ailleurs, des souris possédant une copie défectueuse du gène
ont également présenté des problèmes importants de vocalisation. Ces résultats corroborent l’idée selon laquelle le produit du gène FOXP2 active les gènes qui jouent un rôle dans
la vocalisation.
Plus récemment, un autre groupe de recherche a apporté de
nouveaux éclaircissements sur la question ; les chercheurs ont
remplacé chez des souris le gène FOXP2 par une copie « humanisée » codant pour les versions humaines de deux acides aminés qui diffèrent entre l’humain et le chimpanzé et qui seraient
responsables de la capacité de parler des humains. Bien que les
souris aient été généralement en bonne santé, leurs vocalisations étaient légèrement différentes ; elles présentaient également des modifications des cellules du cerveau dans une région
reconnue comme jouant un rôle dans le langage humain.
L’histoire du gène FOXP2 est un excellent exemple illustrant comment des approches différentes peuvent se compléter en révélant des phénomènes biologiques d’une importance
générale. Les expériences sur le gène FOXP2 ont porté sur des
souris comme modèles pour les humains parce qu’il aurait été
contraire à l’éthique d’effectuer de telles expériences chez
ceux-ci, sans compter que cela n’aurait pas été pratique. Les
souris et les humains ont divergé il y a environ 65,5 millions
d’années (voir la figure 21.16) et partagent environ 85 % de
leurs gènes. Il est possible d’exploiter cette similitude génétique dans l’étude des troubles génétiques. Si les chercheurs
connaissent l’organe ou le tissu qui est atteint par un trouble
génétique, ils peuvent chercher les gènes qui sont exprimés à
ces emplacements chez les souris.
D’autres travaux de recherche sont en cours pour étendre
les études génomiques à beaucoup plus d’espèces microbiennes, à d’autres Primates et à des espèces délaissées dans
diverses branches de l’arbre de la vie. Ces études feront progresser notre connaissance de tous les aspects de la biologie,
y compris la santé, l’écologie et l’évolution.
La comparaison des génomes
au sein d’une même espèce
Notre capacité à analyser des génomes entraîne une autre
conséquence intéressante : elle accroît notre compréhension
du spectre des variations génétiques chez les humains. Étant
donné la brève histoire de l’espèce humaine (probablement
autour de 200 000 ans), le nombre de variations de l’ADN
chez les humains est faible en comparaison de celles qu’on
observe chez de nombreuses autres espèces. Une bonne part
de notre diversité semble résulter de polymorphismes mononucléotidiques (les SNP, décrits au chapitre 20), habituellement détectés par le séquençage de l’ADN. Dans le génome
humain, les SNP se produisent en moyenne environ une fois
dans 100 à 300 paires de bases. Les scientifiques ont déjà
repéré l’emplacement de plusieurs millions de sites SNP dans
le génome humain et continuent d’en découvrir d’autres.
Au cours de cette recherche, ils ont également trouvé
d’autres variations, notamment des inversions, des délétions
et des duplications. Mais la découverte la plus surprenante a
été l’importante occurrence du polymorphisme du nombre
de copies faisant que certains individus ont une ou plusieurs
copies d’un gène particulier ou d’une région génétique, au
lieu des deux copies normales (une sur chaque homologue).
La variabilité du nombre de copies est due à des duplications
ou à des délétions qui se sont produites de façon désordonnée au sein de la population. Une étude réalisée en 2010 sur
40 personnes a permis de découvrir plus de 8 000 différences
quant au nombre de copies mettant en cause 13 % des gènes
du génome. Il se peut que ces différences ne représentent
qu’un petit sous-ensemble du total. Étant donné que ces différences incluent des segments d’ADN beaucoup plus longs
que les nucléotides uniques des SNP, la variabilité du nombre
de copies est plus susceptible d’avoir des conséquences phénotypiques et de jouer un rôle dans les maladies et les affections. À tout le moins, l’incidence élevée de la variabilité du
nombre de copies sème le doute quant à la signification de
l’expression « génome humain normal ».
Les variances en nombre de copies, les SNP et les variations dans l’ADN répétitif comme les courtes répétitions en
tandem (STR) seront des marqueurs génétiques utiles pour
étudier l’évolution humaine. En 2010, les génomes de deux
Africains provenant de communautés différentes ont été
séquencés. Le premier était l’archevêque Desmond Tutu, le
défenseur des droits civils sud-africain et membre de la tribu
bantoue, la population majoritaire en Afrique du Sud ; le
second était un chasseur-cueilleur du nom de !Gubi, de la
communauté khoisan de Namibie, une population minoritaire en Afrique qui est probablement la plus ancienne
branche de la lignée humaine. La comparaison a révélé de
nombreuses différences, comme on pouvait s’y attendre.
L’analyse a alors été élargie pour comparer les régions du
génome de !Gubi qui codent pour des protéines avec celles
de trois autres Khoisans (ils se sont déclarés Bochimans)
vivant à proximité. On a trouvé plus de différences entre
ces quatre génomes qu’entre ceux d’un Européen et d’un
Asiatique. Ces observations illustrent la très grande diversité
génétique parmi les génomes africains. À mesure que s’étendront ces travaux de comparaison, nous serons de plus en
plus aptes à répondre à des questions importantes concernant les différences entre les populations humaines et leurs
voies de migration au cours du temps.
La comparaison des processus
de développement
Les biologistes spécialistes du champ disciplinaire de la biologie de l’évolution du développement (surnommé concept
évo-dévo) comparent les processus de développement de
divers organismes multicellulaires. Ils cherchent à comprendre
comment ces mécanismes sont apparus et comment des
changements qui les touchent peuvent modifier les caractéristiques existantes d’un organisme ou en créer de nouvelles.
L’avènement des techniques de la biologie moléculaire et le
récent déluge d’information en génomique nous révèlent que
les génomes d’espèces apparentées, mais qui se distinguent
de façon étonnante par leurs formes, peuvent ne présenter
que des différences mineures dans la séquence ou la régulation des gènes. Par ailleurs, la découverte du fondement
moléculaire de ces différences nous aidera à comprendre les
origines de la myriade de formes diverses qui cohabitent sur
Terre, ce qui constitue un apport d’information à notre étude
de l’évolution.
présentait des malformations du cerveau et était incapable
d’émettre des vocalisations ultrasoniques normales ; par
ailleurs, des souris possédant une copie défectueuse du gène
ont également présenté des problèmes importants de vocalisation. Ces résultats corroborent l’idée selon laquelle le produit du gène FOXP2 active les gènes qui jouent un rôle dans
la vocalisation.
Plus récemment, un autre groupe de recherche a apporté de
nouveaux éclaircissements sur la question ; les chercheurs ont
remplacé chez des souris le gène FOXP2 par une copie « humanisée » codant pour les versions humaines de deux acides aminés qui diffèrent entre l’humain et le chimpanzé et qui seraient
responsables de la capacité de parler des humains. Bien que les
souris aient été généralement en bonne santé, leurs vocalisations étaient légèrement différentes ; elles présentaient également des modifications des cellules du cerveau dans une région
reconnue comme jouant un rôle dans le langage humain.
L’histoire du gène FOXP2 est un excellent exemple illustrant comment des approches différentes peuvent se compléter en révélant des phénomènes biologiques d’une importance
générale. Les expériences sur le gène FOXP2 ont porté sur des
souris comme modèles pour les humains parce qu’il aurait été
contraire à l’éthique d’effectuer de telles expériences chez
ceux-ci, sans compter que cela n’aurait pas été pratique. Les
souris et les humains ont divergé il y a environ 65,5 millions
d’années (voir la figure 21.16) et partagent environ 85 % de
leurs gènes. Il est possible d’exploiter cette similitude génétique dans l’étude des troubles génétiques. Si les chercheurs
connaissent l’organe ou le tissu qui est atteint par un trouble
génétique, ils peuvent chercher les gènes qui sont exprimés à
ces emplacements chez les souris.
D’autres travaux de recherche sont en cours pour étendre
les études génomiques à beaucoup plus d’espèces microbiennes, à d’autres Primates et à des espèces délaissées dans
diverses branches de l’arbre de la vie. Ces études feront progresser notre connaissance de tous les aspects de la biologie,
y compris la santé, l’écologie et l’évolution.
La comparaison des génomes
au sein d’une même espèce
Notre capacité à analyser des génomes entraîne une autre
conséquence intéressante : elle accroît notre compréhension
du spectre des variations génétiques chez les humains. Étant
donné la brève histoire de l’espèce humaine (probablement
autour de 200 000 ans), le nombre de variations de l’ADN
chez les humains est faible en comparaison de celles qu’on
observe chez de nombreuses autres espèces. Une bonne part
de notre diversité semble résulter de polymorphismes mononucléotidiques (les SNP, décrits au chapitre 20), habituellement détectés par le séquençage de l’ADN. Dans le génome
humain, les SNP se produisent en moyenne environ une fois
dans 100 à 300 paires de bases. Les scientifiques ont déjà
repéré l’emplacement de plusieurs millions de sites SNP dans
le génome humain et continuent d’en découvrir d’autres.
Au cours de cette recherche, ils ont également trouvé
d’autres variations, notamment des inversions, des délétions
et des duplications. Mais la découverte la plus surprenante a
été l’importante occurrence du polymorphisme du nombre
de copies faisant que certains individus ont une ou plusieurs
copies d’un gène particulier ou d’une région génétique, au
lieu des deux copies normales (une sur chaque homologue).
La variabilité du nombre de copies est due à des duplications
ou à des délétions qui se sont produites de façon désordonnée au sein de la population. Une étude réalisée en 2010 sur
40 personnes a permis de découvrir plus de 8 000 différences
quant au nombre de copies mettant en cause 13 % des gènes
du génome. Il se peut que ces différences ne représentent
qu’un petit sous-ensemble du total. Étant donné que ces différences incluent des segments d’ADN beaucoup plus longs
que les nucléotides uniques des SNP, la variabilité du nombre
de copies est plus susceptible d’avoir des conséquences phénotypiques et de jouer un rôle dans les maladies et les affections. À tout le moins, l’incidence élevée de la variabilité du
nombre de copies sème le doute quant à la signification de
l’expression « génome humain normal ».
Les variances en nombre de copies, les SNP et les variations dans l’ADN répétitif comme les courtes répétitions en
tandem (STR) seront des marqueurs génétiques utiles pour
étudier l’évolution humaine. En 2010, les génomes de deux
Africains provenant de communautés différentes ont été
séquencés. Le premier était l’archevêque Desmond Tutu, le
défenseur des droits civils sud-africain et membre de la tribu
bantoue, la population majoritaire en Afrique du Sud ; le
second était un chasseur-cueilleur du nom de !Gubi, de la
communauté khoisan de Namibie, une population minoritaire en Afrique qui est probablement la plus ancienne
branche de la lignée humaine. La comparaison a révélé de
nombreuses différences, comme on pouvait s’y attendre.
L’analyse a alors été élargie pour comparer les régions du
génome de !Gubi qui codent pour des protéines avec celles
de trois autres Khoisans (ils se sont déclarés Bochimans)
vivant à proximité. On a trouvé plus de différences entre
ces quatre génomes qu’entre ceux d’un Européen et d’un
Asiatique. Ces observations illustrent la très grande diversité
génétique parmi les génomes africains. À mesure que s’étendront ces travaux de comparaison, nous serons de plus en
plus aptes à répondre à des questions importantes concernant les différences entre les populations humaines et leurs
voies de migration au cours du temps.
La comparaison des processus
de développement
Les biologistes spécialistes du champ disciplinaire de la biologie de l’évolution du développement (surnommé concept
évo-dévo) comparent les processus de développement de
divers organismes multicellulaires. Ils cherchent à comprendre
comment ces mécanismes sont apparus et comment des
changements qui les touchent peuvent modifier les caractéristiques existantes d’un organisme ou en créer de nouvelles.
L’avènement des techniques de la biologie moléculaire et le
récent déluge d’information en génomique nous révèlent que
les génomes d’espèces apparentées, mais qui se distinguent
de façon étonnante par leurs formes, peuvent ne présenter
que des différences mineures dans la séquence ou la régulation des gènes. Par ailleurs, la découverte du fondement
moléculaire de ces différences nous aidera à comprendre les
origines de la myriade de formes diverses qui cohabitent sur
Terre, ce qui constitue un apport d’information à notre étude
de l’évolution.