chapitre 21 Les génomes et leur évolution 521
sauvage et celle du chimpanzé, et savoir si ces modifications influent sur
la fonction de la protéine. (Comme nous l’expliquons plus loin dans
le manuel, il y a deux différences d’acides aminés.) Vous savez que les
humains dont ce gène a subi des mutations présentent de graves troubles
de langage. On voudrait en apprendre davantage sur les mutations chez
l’humain en vérifiant si elles influent sur les mêmes acides aminés dans
le produit du gène que les différences dans la séquence du chimpanzé
affectent. Si cela s’avérait, ces acides aminés pourraient jouer un rôle
important dans la participation de cette protéine dans le langage. En
allant plus loin, on pourrait analyser les différences entre les protéines
FOXP2 du chimpanzé et de la souris. On pourrait se poser la question
suivante : sont-elles plus semblables que les protéines du chimpanzé et
de l’humain ? (Il se trouve que les protéines du chimpanzé et de la souris
ne diffèrent que par un seul acide aminé ; elles sont donc plus semblables
que les protéines du chimpanzé et de l’humain, qui présentent trois
différences.)
retour sur le concept 21.1
1. Dans une carte de liaison génétique, les gènes et les autres marqueurs
sont classés les uns par rapport aux autres, mais seules les distances
relatives entre eux sont connues. Dans une carte physique, on connaît
les distances réelles entre les marqueurs, exprimées en nombre de paires
de bases. 2. L’approche en trois étapes employée dans le Projet génome
humain fait appel successivement à la cartographie de liaison génétique,
à la cartographie physique, puis au séquençage de courts fragments
superposés qui ont été classés précédemment les uns par rapport aux
autres (voir la figure 21.2). L’approche en aveugle élimine les étapes
de la cartographie de liaison génétique et de la cartographie physique ;
de courts fragments engendrés par de nombreuses enzymes de restriction
sont plutôt séquencés, puis classés à l’aide de programmes informatiques
qui définissent les régions superposées (voir la figure 21.3).
retour sur le concept 21.2
1. Internet permet la centralisation des bases de données comme GenBank
et les ressources en logiciels comme BLAST, ce qui les rend librement
accessibles. L’introduction de toutes les données dans une base de données
centrale, librement accessible sur Internet, réduit le risque d’erreurs et
évite que des chercheurs travaillent sur des données différentes. Le processus de la science est simplifié puisque tous les chercheurs sont en
mesure d’utiliser les mêmes programmes plutôt que des logiciels différents. La diffusion des données s’en trouve grandement accélérée et fait
en sorte que les erreurs soient autant que possible corrigées de façon
opportune. (Nous ne proposons qu’un petit nombre de réponses ; vous
pouvez probablement en trouver d’autres.) 2. Le cancer est une maladie
causée par une multitude de facteurs. En portant toute son attention sur
un seul gène ou un seul défaut, on risque d’ignorer d’autres facteurs qui
peuvent influer sur le cancer ou même sur le comportement de l’unique
gène étudié. Parce qu’elle prend en compte de nombreux facteurs en même
temps, l’approche de la biologie des systèmes est plus susceptible de mener
à la compréhension des causes du cancer et à l’établissement des traitements les plus utiles. 3. Quelques-unes des régions transcrites sont considérées comme des introns. Le reste est transcrit en ARN non codants,
dont les petits ARN, les microARN (miARN). Ces ARN contribuent à la
régulation de l’expression génique en bloquant la traduction, ce qui cause
la dégradation de l’ARNm, en se liant au promoteur et en réprimant la
transcription, ou encore en remodelant la structure de la chromatine. Les
fonctions du reste du génome ne sont pas encore connues. 4. Les études
portant sur l’association du génome entier font appel à la biologie des
systèmes. Cette approche permet d’établir des corrélations entre de nombreux polymorphismes mononucléotidiques (SNP) et des maladies particulières – les maladies cardiaques et le diabète, par exemple –, dans le but
de trouver des SNP qui sont associés à chaque maladie.
retour sur le concept 21.3
1. L’épissage différentiel de transcrits d’ARN provenant d’un gène et la
maturation post-traductionnelle de polypeptides. 2. On trouve le nombre
total de génomes complétés en cliquant sur « Published Complete Genomes »
en utilisant un moteur de recherche sur le Web. Ajoutez les données pour
les génomes bactériens, archéens et eucaryotes « en cours » pour obtenir
le nombre « en train d’être séquencés ». Enfin, regardez dans le haut de
la page « Published Complete Genomes » pour obtenir les nombres de
génomes complétés pour chaque domaine. (Note : vous pouvez cliquer sur
la colonne « Size » et le tableau sera reclassé par taille de génomes. Faites
défiler le tableau vers le bas pour avoir une idée des tailles relatives des
génomes dans les trois domaines. Rappelez-vous, toutefois, que la majorité des génomes séquencés sont bactériens.) 3. Les cellules procaryotes
sont généralement plus petites que les cellules eucaryotes, et elles se
repro duisent par fission binaire. Le processus d’évolution en jeu est la
sélection naturelle pour les cellules qui se reproduisent plus rapidement ; plus vite elles peuvent répliquer leur ADN et se diviser, plus
grande sera la probabilité qu’elles soient en mesure de dominer une
population de Procaryotes. Moins elles ont d’ADN à répliquer, plus vite
elles se reproduiront.
retour sur le concept 21.4
1. Le nombre de gènes est plus grand chez les Mammifères, et la quantité
d’ADN non codant est plus élevée. La présence d’introns dans les gènes
des Mammifères les rend plus longs, en moyenne, que les gènes procaryotes. 2. Le mécanisme de type « copier-coller » du transposon et
la rétrotransposition. 3. Dans la famille des gènes des ARNr, des unités
de transcription identiques pour les trois ARN différents produits sont
présentes dans de longs réseaux répétés en tandem. Le grand nombre de
copies de gènes d’ARNr confère aux organismes la capacité de produire
de l’ARNr pour qu’un nombre suffisant de ribosomes accomplissent la
synthèse de protéines actives, et l’unique unité de transcription fait en
sorte que les quantités relatives des différentes molécules d’ARNr produites
soient correctes. Chaque famille de gènes de la globine est constituée
d’un nombre relativement faible de gènes non identiques. Les différences
des globines codées par ces gènes entraînent la production de molécules
d’hémoglobine adaptées à des stades de développement particuliers de
l’organisme. 4. Les exons seront classés comme exons (1,5 %) ; la région
des amplificateurs comportant les éléments de contrôle distal, la région
plus près du promoteur contenant les éléments de contrôle proximal
et le promoteur lui-même seraient classés comme séquences régulatoires
(20 %) ; et les introns seraient classés comme introns (5 %).
retour sur le concept 21.5
1. Si la méiose est détraquée, deux exemplaires du génome entier peuvent
se retrouver dans une seule cellule. Des erreurs dans l’enjambement
au cours de la méiose peuvent mener à la duplication d’un segment et
à la délétion d’un autre. Durant la réplication de l’ADN, un glissement
vers l’arrière le long du brin matrice peut produire une duplication.
2. Pour les deux gènes, une erreur a pu se produire durant l’enjambement de deux exemplaires de ce gène au cours de la méiose, de sorte
que l’un des deux s’est retrouvé avec un exon dupliqué. Si la même
erreur se produit plusieurs fois, on obtient de multiples exemplaires d’un
exon particulier dans chaque gène. 3. Les éléments transposables homologues dispersés dans tout le génome fournissent des sites où peut se
produire la recombinaison entre différents chromosomes. Le déplacement de ces éléments dans les séquences codantes ou régulatrices peut
modifier l’expression des gènes. Les éléments transposables peuvent
également transporter des gènes avec eux, ce qui provoque la dispersion
des gènes et, dans certains cas, entraîne différents modes d’expression.
Il arrive également que le transport d’un exon durant la transposition
et son insertion dans un gène ajoutent un nouveau domaine fonctionnel
à la protéine originalement codée, ce qui constitue un type de brassage
d’exons. (Afin que chacune de ces modifications soit transmissible, elles
doivent se produire dans les cellules souches des gamètes.) 4. Parce que
les femmes qui présentent cette inversion donnent naissance à plus
de descendants, elle doit fournir un certain avantage. On s’attendrait à
ce qu’elle persiste et se répande dans la population. (En fait, des résultats
de l’étude ont permis aux chercheurs de conclure qu’elle a augmenté
en proportion dans la population. Vous en apprendrez davantage sur
la génétique des populations dans la prochaine partie.)
retour sur le concept 21.6
1. Parce que les humains et les macaques sont des Primates, on s’attend à
ce que leurs génomes se ressemblent plus que les génomes des macaques
et des souris. La lignée des souris a divergé de la lignée des Primates avant
la lignée des humains et des macaques. 2. Les gènes homéotiques diffèrent
par leurs séquences non homéotiques, ce qui détermine les interactions
des gènes homéotiques produits avec d’autres facteurs de transcription
et, par conséquent, établit quels gènes sont soumis à la régulation par
les gènes homéotiques. De plus, ces gènes commandés par les gènes
homéotiques ne sont pas les mêmes chez ces deux espèces, de même
que les modes d’expression des gènes contenant une boîte homéotique.
sauvage et celle du chimpanzé, et savoir si ces modifications influent sur
la fonction de la protéine. (Comme nous l’expliquons plus loin dans
le manuel, il y a deux différences d’acides aminés.) Vous savez que les
humains dont ce gène a subi des mutations présentent de graves troubles
de langage. On voudrait en apprendre davantage sur les mutations chez
l’humain en vérifiant si elles influent sur les mêmes acides aminés dans
le produit du gène que les différences dans la séquence du chimpanzé
affectent. Si cela s’avérait, ces acides aminés pourraient jouer un rôle
important dans la participation de cette protéine dans le langage. En
allant plus loin, on pourrait analyser les différences entre les protéines
FOXP2 du chimpanzé et de la souris. On pourrait se poser la question
suivante : sont-elles plus semblables que les protéines du chimpanzé et
de l’humain ? (Il se trouve que les protéines du chimpanzé et de la souris
ne diffèrent que par un seul acide aminé ; elles sont donc plus semblables
que les protéines du chimpanzé et de l’humain, qui présentent trois
différences.)
retour sur le concept 21.1
1. Dans une carte de liaison génétique, les gènes et les autres marqueurs
sont classés les uns par rapport aux autres, mais seules les distances
relatives entre eux sont connues. Dans une carte physique, on connaît
les distances réelles entre les marqueurs, exprimées en nombre de paires
de bases. 2. L’approche en trois étapes employée dans le Projet génome
humain fait appel successivement à la cartographie de liaison génétique,
à la cartographie physique, puis au séquençage de courts fragments
superposés qui ont été classés précédemment les uns par rapport aux
autres (voir la figure 21.2). L’approche en aveugle élimine les étapes
de la cartographie de liaison génétique et de la cartographie physique ;
de courts fragments engendrés par de nombreuses enzymes de restriction
sont plutôt séquencés, puis classés à l’aide de programmes informatiques
qui définissent les régions superposées (voir la figure 21.3).
retour sur le concept 21.2
1. Internet permet la centralisation des bases de données comme GenBank
et les ressources en logiciels comme BLAST, ce qui les rend librement
accessibles. L’introduction de toutes les données dans une base de données
centrale, librement accessible sur Internet, réduit le risque d’erreurs et
évite que des chercheurs travaillent sur des données différentes. Le processus de la science est simplifié puisque tous les chercheurs sont en
mesure d’utiliser les mêmes programmes plutôt que des logiciels différents. La diffusion des données s’en trouve grandement accélérée et fait
en sorte que les erreurs soient autant que possible corrigées de façon
opportune. (Nous ne proposons qu’un petit nombre de réponses ; vous
pouvez probablement en trouver d’autres.) 2. Le cancer est une maladie
causée par une multitude de facteurs. En portant toute son attention sur
un seul gène ou un seul défaut, on risque d’ignorer d’autres facteurs qui
peuvent influer sur le cancer ou même sur le comportement de l’unique
gène étudié. Parce qu’elle prend en compte de nombreux facteurs en même
temps, l’approche de la biologie des systèmes est plus susceptible de mener
à la compréhension des causes du cancer et à l’établissement des traitements les plus utiles. 3. Quelques-unes des régions transcrites sont considérées comme des introns. Le reste est transcrit en ARN non codants,
dont les petits ARN, les microARN (miARN). Ces ARN contribuent à la
régulation de l’expression génique en bloquant la traduction, ce qui cause
la dégradation de l’ARNm, en se liant au promoteur et en réprimant la
transcription, ou encore en remodelant la structure de la chromatine. Les
fonctions du reste du génome ne sont pas encore connues. 4. Les études
portant sur l’association du génome entier font appel à la biologie des
systèmes. Cette approche permet d’établir des corrélations entre de nombreux polymorphismes mononucléotidiques (SNP) et des maladies particulières – les maladies cardiaques et le diabète, par exemple –, dans le but
de trouver des SNP qui sont associés à chaque maladie.
retour sur le concept 21.3
1. L’épissage différentiel de transcrits d’ARN provenant d’un gène et la
maturation post-traductionnelle de polypeptides. 2. On trouve le nombre
total de génomes complétés en cliquant sur « Published Complete Genomes »
en utilisant un moteur de recherche sur le Web. Ajoutez les données pour
les génomes bactériens, archéens et eucaryotes « en cours » pour obtenir
le nombre « en train d’être séquencés ». Enfin, regardez dans le haut de
la page « Published Complete Genomes » pour obtenir les nombres de
génomes complétés pour chaque domaine. (Note : vous pouvez cliquer sur
la colonne « Size » et le tableau sera reclassé par taille de génomes. Faites
défiler le tableau vers le bas pour avoir une idée des tailles relatives des
génomes dans les trois domaines. Rappelez-vous, toutefois, que la majorité des génomes séquencés sont bactériens.) 3. Les cellules procaryotes
sont généralement plus petites que les cellules eucaryotes, et elles se
repro duisent par fission binaire. Le processus d’évolution en jeu est la
sélection naturelle pour les cellules qui se reproduisent plus rapidement ; plus vite elles peuvent répliquer leur ADN et se diviser, plus
grande sera la probabilité qu’elles soient en mesure de dominer une
population de Procaryotes. Moins elles ont d’ADN à répliquer, plus vite
elles se reproduiront.
retour sur le concept 21.4
1. Le nombre de gènes est plus grand chez les Mammifères, et la quantité
d’ADN non codant est plus élevée. La présence d’introns dans les gènes
des Mammifères les rend plus longs, en moyenne, que les gènes procaryotes. 2. Le mécanisme de type « copier-coller » du transposon et
la rétrotransposition. 3. Dans la famille des gènes des ARNr, des unités
de transcription identiques pour les trois ARN différents produits sont
présentes dans de longs réseaux répétés en tandem. Le grand nombre de
copies de gènes d’ARNr confère aux organismes la capacité de produire
de l’ARNr pour qu’un nombre suffisant de ribosomes accomplissent la
synthèse de protéines actives, et l’unique unité de transcription fait en
sorte que les quantités relatives des différentes molécules d’ARNr produites
soient correctes. Chaque famille de gènes de la globine est constituée
d’un nombre relativement faible de gènes non identiques. Les différences
des globines codées par ces gènes entraînent la production de molécules
d’hémoglobine adaptées à des stades de développement particuliers de
l’organisme. 4. Les exons seront classés comme exons (1,5 %) ; la région
des amplificateurs comportant les éléments de contrôle distal, la région
plus près du promoteur contenant les éléments de contrôle proximal
et le promoteur lui-même seraient classés comme séquences régulatoires
(20 %) ; et les introns seraient classés comme introns (5 %).
retour sur le concept 21.5
1. Si la méiose est détraquée, deux exemplaires du génome entier peuvent
se retrouver dans une seule cellule. Des erreurs dans l’enjambement
au cours de la méiose peuvent mener à la duplication d’un segment et
à la délétion d’un autre. Durant la réplication de l’ADN, un glissement
vers l’arrière le long du brin matrice peut produire une duplication.
2. Pour les deux gènes, une erreur a pu se produire durant l’enjambement de deux exemplaires de ce gène au cours de la méiose, de sorte
que l’un des deux s’est retrouvé avec un exon dupliqué. Si la même
erreur se produit plusieurs fois, on obtient de multiples exemplaires d’un
exon particulier dans chaque gène. 3. Les éléments transposables homologues dispersés dans tout le génome fournissent des sites où peut se
produire la recombinaison entre différents chromosomes. Le déplacement de ces éléments dans les séquences codantes ou régulatrices peut
modifier l’expression des gènes. Les éléments transposables peuvent
également transporter des gènes avec eux, ce qui provoque la dispersion
des gènes et, dans certains cas, entraîne différents modes d’expression.
Il arrive également que le transport d’un exon durant la transposition
et son insertion dans un gène ajoutent un nouveau domaine fonctionnel
à la protéine originalement codée, ce qui constitue un type de brassage
d’exons. (Afin que chacune de ces modifications soit transmissible, elles
doivent se produire dans les cellules souches des gamètes.) 4. Parce que
les femmes qui présentent cette inversion donnent naissance à plus
de descendants, elle doit fournir un certain avantage. On s’attendrait à
ce qu’elle persiste et se répande dans la population. (En fait, des résultats
de l’étude ont permis aux chercheurs de conclure qu’elle a augmenté
en proportion dans la population. Vous en apprendrez davantage sur
la génétique des populations dans la prochaine partie.)
retour sur le concept 21.6
1. Parce que les humains et les macaques sont des Primates, on s’attend à
ce que leurs génomes se ressemblent plus que les génomes des macaques
et des souris. La lignée des souris a divergé de la lignée des Primates avant
la lignée des humains et des macaques. 2. Les gènes homéotiques diffèrent
par leurs séquences non homéotiques, ce qui détermine les interactions
des gènes homéotiques produits avec d’autres facteurs de transcription
et, par conséquent, établit quels gènes sont soumis à la régulation par
les gènes homéotiques. De plus, ces gènes commandés par les gènes
homéotiques ne sont pas les mêmes chez ces deux espèces, de même
que les modes d’expression des gènes contenant une boîte homéotique.