séquencé le plus grand génome de tout le règne animal

Et voilà, une autre équipe internationale de chercheurs, dirigée cette fois par le biologiste allemand Axel Meyer, de l’Université de Würzburg, vient de publier dans ‘Nature» un autre génome extraordinaire, qui n’appartient pas au règne végétal, où les grands génomes sont relativement abondants, mais au règne animal, dans lequel les charges génétiques sont généralement beaucoup plus modestes.

Le génome en question, composé de 90 000 millions de paires de bases (trente fois la taille d’un humain), est le plus grand découvert jusqu’à présent pour un animal et appartient à un poisson-poumon, une étrange créature considérée comme la plus proche des anciens. Les tétrapodes, les premiers vertébrés qui, il y a plus de 350 millions d’années, ont quitté les mers pour vivre sur terre pour la première fois.

Un événement extraordinaire

Revenons un instant sur cette période lointaine de notre histoire. Nous sommes au Dévonien, il y a entre 420 et 360 millions d’années, dans une zone marine peu profonde très proche du rivage, où quelque chose est sur le point de se produire qui changera à jamais l’histoire de la vie sur Terre : un type rare. Le poisson utilise ses deux de puissantes nageoires pectorales pour sortir de l’eau, vers la terre, déplaçant spasmodiquement son corps le long de la surface boueuse du rivage. Le poisson n’est pas pressé de retourner à la mer, car il a des poumons et peut respirer facilement hors de l’eau.

C’est la première fois qu’un vertébré s’aventure hors de la mer où il est né, donnant lieu à l’un des événements les plus importants de l’histoire évolutive de la planète. Parce que tous les vertébrés terrestres ultérieurs, ou tétrapodes, peuvent être attribués à ce poisson. Et cela inclut non seulement les amphibiens et les reptiles, mais aussi les mammifères, y compris les humains. Il existe cependant une question à laquelle les scientifiques n’ont pas encore pu répondre : pourquoi les poissons de cette lignée aux nageoires lobes étaient-ils si bien préparés à conquérir la terre ferme ?

À la recherche de réponses

À la recherche d’une réponse, Meyer et ses collègues ont analysé le matériel génétique des plus proches parents vivants de ce lointain ancêtre du Dévonien, les trois lignées de poumons qui existent encore en Afrique, en Amérique du Sud et en Australie. Comme s’il s’agissait de créatures oubliées par l’évolution, ces anciens « fossiles vivants » ressemblent encore beaucoup à leurs lointains ancêtres.

On savait déjà que les génomes des poumons sont grands, mais jusqu’à présent, on ne savait pas exactement à quel point ils pouvaient l’être. Ainsi, en raison de leur grande taille, le travail de séquençage de leurs génomes était long, laborieux et très compliqué, tant d’un point de vue technique qu’informatique. Mais dans leur article, Meyer et son équipe expliquent comment ils ont obtenu, pour la première fois, la séquence complète du génome du poisson poumon sud-américain, ainsi que celui d’un membre de la lignée africaine. Auparavant, la même équipe avait déjà obtenu la plus grande séquence disponible à ce jour du poisson-poumon australien, mais pas son génome complet.

Pourquoi est-ce si grand ?

Parmi les trois variantes, le matériel génétique du poumon sud-américain est celui qui a battu tous les records de taille : avec ses 90 000 millions de paires de bases, l’ADN de cette espèce spécifique est en fait le plus grand de tous les génomes animaux séquencés jusqu’à présent. , et plus de deux fois plus gros que le précédent détenteur du record, le poumon australien. Il suffit de dire que 18 des 19 chromosomes qui composent la lignée sud-américaine sont chacun « plus grands que l’ensemble du génome humain avec ses près de 3 milliards de bases », explique Meyer.

Selon l’étude, les responsables de cette taille disproportionnée sont ce qu’on appelle les « transposons autonomes », des séquences d’ADN qui se répliquent puis changent de position dans le génome, provoquant ainsi la croissance du génome. Bien que cela se produise également dans d’autres organismes, les analyses des chercheurs ont montré que le taux d’expansion du génome du poisson-poumon d’Amérique du Sud est de loin le plus rapide jamais enregistré.

En fait, il y a « seulement » 10 millions d’années, son génome avait déjà atteint la taille du génome humain entier, se multipliant depuis lors par 30 et, selon les mots de Meyer, « grandissant encore aujourd’hui ». “Nous avons trouvé des preuves que les transposons responsables sont toujours actifs.” Dans le même temps, Meyer et son équipe ont également découvert que le génome de ce poisson contient une très faible quantité de piARN, un type d’ARN qui fait partie d’un mécanisme moléculaire qui fait normalement taire les transposons.

Un moteur évolutif ?

Parce que les transposons se répliquent et sautent dans le génome, ils le font croître au fil du temps, bien qu’ils puissent considérablement altérer et déstabiliser le matériel génétique d’un organisme. Ce qui n’est cependant pas toujours néfaste et peut même être un moteur important de l’évolution, puisque ces « gènes sauteurs », en altérant les fonctions des gènes, donnent parfois lieu à d’importantes innovations évolutives.

En fait, les auteurs de l’étude n’ont trouvé aucune corrélation entre l’énorme surplus de transposons et l’instabilité du génome. Au contraire, le génome du poumon est étonnamment stable et l’arrangement génétique est étonnamment conservateur. Des caractéristiques qui ont permis à Meyer et à son équipe de reconstruire l’architecture originale de l’ensemble de chromosomes (caryotype) du tétrapode ancestral à partir de séquences d’espèces de poumons encore vivantes aujourd’hui.

Des palmes aux doigts

En outre, la comparaison des génomes des trois familles différentes de poissons-poumons existants a permis aux chercheurs de tirer des conclusions sur la base génétique des différences entre leurs lignées. Le poumon australien, par exemple, possède encore des nageoires en forme de membres, comme celles qui permettaient autrefois à ses parents éloignés de quitter l’eau et de se déplacer sur terre. Chez d’autres espèces actuelles de poumons d’Afrique et d’Amérique du Sud, ces nageoires, dont la structure osseuse est similaire à celle de nos bras, ont de nouveau évolué en nageoires filamenteuses au cours des 100 derniers millions d’années environ. “Dans nos recherches”, explique Meyer, “nous avons également mené des expériences avec des souris transgéniques CRISPR-Cas pour démontrer que cette simplification des nageoires est imputable à un changement dans ce que l’on appelle la voie de signalisation Shh.”

Au cours du développement embryonnaire de souris, par exemple, la voie de signalisation Shh contrôle, entre autres, le nombre et le développement des doigts. Les résultats de la recherche fournissent donc des preuves supplémentaires du lien évolutif entre les nageoires rayonnées des poissons osseux et les doigts des vertébrés terrestres. Et puisque les scientifiques disposent désormais des séquences complètes du génome de toutes les familles actuelles de poumons, il sera possible de réaliser de nouvelles études génomiques comparatives pour en savoir plus sur ce qu’étaient exactement les ancêtres de tous les vertébrés terrestres et comment ils ont réussi à atteindre et conquérir la terre sur laquelle nous marchons aujourd’hui.