Posté par Isabelle le Mercredi 18/11/2020 à 13:00

Introgression génomique entre espèces


© Benjamin Barré
Comment des organismes sexuellement incompatibles peuvent-ils échanger du matériel génétique ? Ce mystère suscite l’intérêt de la communauté scientifique depuis de nombreuses années. Grâce à la découverte d’une souche de levure à l’architecture génétique ancestrale publié dans la revue Nature, les scientifiques ont pu mettre en évidence un nouveau mécanisme permettant l’échange de matériel génétique sans avoir recours à la reproduction sexuée.

Lorsque des groupes d’individus sont séparés les uns des autres, ils accumulent progressivement dans leur génome des mutations propres à chaque groupe, dues à des erreurs lors de la réplication de l’ADN. Plus tard, si ces individus issus de groupes distincts se rencontrent, ils peuvent néanmoins se reproduire sexuellement et donner naissance à un hybride, constitué pour moitié de chaque ADN parental. Il arrive que ces hybrides se reproduisent avec des individus provenant d’un des deux groupes originels, engendrant ainsi des descendants dont le génome est enrichi seulement avec l’un des ADN parentaux. Après plusieurs générations de rétrocroisements de ce type, seuls de rares fragments d’ADN issus de l’autre parent originel persistent ; ces fragments sont appelés introgressions. Par exemple, 2% du génome humain d’origine non-africaine contient de l’ADN de Néandertal résultant de ce processus d’introgression. Les introgressions d’ADN peuvent aussi bien avoir des effets positifs que négatifs, et évoluer au cours du temps. Il a d’ailleurs récemment été constaté que certains gènes directement hérités de Néandertal augmentent significativement la sensibilité au COVID-19, menaçant la santé humaine.

Mystérieusement, on observe souvent des introgressions chez des espèces génétiquement éloignées qui ne peuvent se reproduire sexuellement l’une avec l’autre. Ce phénomène est longtemps resté une énigme. La levure du boulanger Saccharomyces cerevisiae est reproductivement isolée de son espère soeur Saccharomyces paradoxus. Malgré le fait que ces deux espèces de levure peuvent s’accoupler et former des hybrides S. cerevisiae/S. paradoxus, leur forte divergence génétique (~12%) rend leur descendance majoritairement non-viable, limitant ainsi l’échange de matériel génétique. Cependant, des fragments d’ADN de S. paradoxus ont été retrouvés dans le génome de S. cerevisiae, selon un processus vraisemblablement similaire aux introgressions de Néandertal observées chez l’humain. Comment cela est-il possible alors que les hybrides sont stériles ?

Figure: Reconstruction des étapes manquantes de la voie la plus probable du processus d'hybridation-introgression.
© Gianni Liti

Les chercheurs ont isolé une souche hybride ancestrale de levure dont la structure génomique (mis à part l'accumulation naturelle de mutations) n’a pas évolué depuis des centaines de milliers de générations, constituant un véritable fossile vivant. Curieusement, les chromosomes homologues de cette levure "fossile" sont parfaitement identiques ("homozygotes") en plusieurs endroits où l’ADN de S. paradoxus a complètement remplacé celui de S. cerevisiae.

De plus, les scientifiques ont démontré que cette levure fossile est l’ancêtre direct d’une autre souche moderne de S. cerevisiae dénommée Alpechin,trouvée dans les eaux usées de la production d’huile d’olive et pourvue d’introgressions de S. paradoxus. Suite à ce constat, ils ont comparé les emplacements où l’ADN de S. paradoxus a complètement remplacé celui de S. cerevisiae chez la levure fossile, avec les zones d’introgressions chez Alpechin, et ont constaté qu’elles coïncidaient. En fait, les introgressions de S. paradoxus dans la levure Alpechin résultent directement des fragments maintenus dans la souche ancestrale. Des expériences plus approfondies ont permis d’éclaircir les faits: les blocs d’ADN de S. paradoxus conservés dans les chromosomes homologues de la levure fossile lui permettraient de recombiner plus efficacement son génome lors de la formation de gamètes pour la reproduction sexuée. Les descendants de la levure fossile auraient alors été rétro-croisés successivement avec S. cerevisiae donnant ainsi naissance à des descendants comportant de longs fragments d’introgression d’ADN de S. paradoxus. A terme, ce scénario aboutit à la formation de génomes très semblables à celui des levures Alpechin.

Cette découverte a ainsi permis d’expliquer comment des espèces reproductivement isolées peuvent échanger du matériel génétique: la formation de blocs d’ADN identiques sur les deux chromosomes homologues permet aux génomes hybrides de se recombiner. Comment ces blocs se forment-ils ? Cela reste encore à élucider.

Pour en savoir plus:

A yeast living ancestor reveals the origin of genomic introgressions.
D'Angiolo M, De Chiara M, Yue JX, Irizar A, Stenberg S, Persson K, Llored A, Barré B, Schacherer J, Marangoni R, Gilson E, Warringer J, Liti G.
Nature. 2020 Nov 11. doi: 10.1038/s41586-020-2889-1.

Laboratoire:

Institute for Research on Cancer and Ageing of Nice (IRCAN) - (Université Côte d'Azur/CNRS, Inserm)
Tour Pasteur 8eme etage, Faculté de Médecine.
28 Avenue de Valombrose.
06107 NICE Cedex 2.
France.
www.ircan.org

Contact:

Gianni Liti - Chercheur CNRS à l' Institute for research on cancer and aging, Nice (IRCAN) - gianni.liti at unice.fr
Dernières actualités
L’activité locomotrice se caractérise par une succession de pas dont le rythme peut être...
En dépit des affirmations et des croyances passées, en règle générale, les populations de...
Cette image du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA présente la galaxie LRG-3-817, également...
L’identification des différents types de cancers du sein et la validation de traitements...
Les trois glaciers groenlandais Jakobshavn Isbræ, Kangerlussuaq et Helheim sont ceux qui...
Le consortium international Human Proteome Project (HPP) vient de publier dans la revue Nature...
Très prisés pour les tâches de précision et en chirurgie, les robots souples et mous ont besoin...
Bonne nouvelle: des scientifiques canadiens qui étudient une mutation génétique rare pensent...
Peut-on se fier à l’agriculture bio pour nourrir la planète sans prendre davantage de...
Combattre la mauvaise haleine à l'aide du délicat parfum du thé du Labrador, des effluves...
L’Arctique se réchauffant plus rapidement que les latitudes moyennes, la différence de...
Incommodé par la toux, vous êtes tenté par un de ces sirops en vente libre dans les pharmacies ?...
L’hormone végétale auxine est une petite molécule, proche de l’acide aminé tryptophane et...
L’intelligence artificielle peut rendre visibles des phénomènes astrophysiques jusqu’ici...
La hausse des émissions protoxyde d’azote (N2O), causé par l’utilisation d’engrais dans...
Le virus Zika s’est répandu à travers la planète au cours de la dernière décennie, causant...
Grâce à des impulsions ultracourtes et ultrastables de rayonnement ultraviolet extrême (UVX),...
Les ions sulfite sont fortement toxiques pour les êtres vivants et doivent être convertis en...
Une équipe de chercheurs a démontré qu'une sphère diffusant la lumière, dotée d'une source...
Deux dinosaures figés dans la pierre ont rapporté à leurs "propriétaires" des millions de...
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL
sous le numéro de dossier 1037632
Informations légales