D’où nous viennent nos gènes de vertébrés?

D’où nous viennent nos gènes de vertébrés? Où plutôt, de qui ? C’est la question à laquelle Anuphap Prachumwat et Wen-Hsiung Li, de l’université de Chicago, apportent des éléments de réponse, dans une lettre adressée aujourd’hui au journal Genome research.

On imagine bien sûr que nos lointains ancêtres invertébrés, rampants et se tortillant, nous ont légué une bonne partie de leur patrimoine génétique (et qui ose parler de fardeau ici n’a jamais vu Hermissenda crassicornis). Mais alors, comment expliquer notre fière stature, et notre impeccable maintien ?

Il suffisait, pour ainsi dire, de comparer des génomes. Cette approche de génomique comparative permet de trouver ce que les vertébrés ont, et que les autres n’ont pas. Les deux auteurs ont donc mis en vis-à-vis huit génomes de vertébrés terrestres, et six d’invertébrés.

Devinez ce que leurs résultats indiquent ? 70% de nos gènes étaient déjà présents chez les invertébrés. Avec des critères d’analyse plus souples, on atteint le chiffre de 78%. Nous sommes donc différents de nos ancêtres vertébrés à hauteur de 22% de nos gènes (et non de notre génome, dont seule une infime fraction est composée de gènes).

Le travail du génomiste consiste alors à déterminer « qui » sont ces 22% de gènes. Et de ce point de vue, les résultats de Prachumwat et Li sont particulièrement intéressants. La majorité de ces gènes (plus de 50%) sont des singletons, autrement dit des gènes qui la jouent solo, sans appartenir à une famille ; ces singletons représentent à peine 25% des gènes communs. Et les protéines codées par nos gènes propres ont tendance à évoluer plus vite que celles codées par celles que nous partageons avec les invertébrés (de telles différences dans la vitesse d’évolution existent aussi entre les gènes chez les vertébrés, j’en avais déjà parlé pour les gènes “cerveau-spécifique”).

Ce résultat n’est pas surprenant en soi : ajouter les vertèbres demandait d’ajouter quelques gènes, notamment intervenant dans le développement. La plupart de nos gènes propres sont de fait impliqués dans la mise en place de l’organisation du corps. On fera ici une pause pour remarquer qu’en modifiant le contenu en gènes, on modifie le plan d’organisation. Certes, la méthode est récursive, dans la mesure ou pour déterminer la fonction d’un gène, on regarde à quel gène dont la fonction est connue il ressemble le plus. Néanmoins, on peut, par de la génomique comparative, comprendre certains mécanismes génétiques, et notamment d’un point de vue développement.

Mais là ou le travail de Prachumwat et Li devient extrêmement intéressant, c’est qu’ils ont aussi évalué la modification de la taille des familles multigéniques (celles que nous partageons avec les invertébrés). Et à ceux qui prétendent que devenir plus « complexe » c’est avoir plus de gènes, ils rétorquent que nos familles multigéniques sont parfois de même taille, mais souvent plus petites que celles des invertébrés.

Ils observent toutefois des différences entre les familles, selon les fonctions de leurs gènes. Les vertébrés ont des familles plus grandes en ce qui concerne la synthèse des protéines et la transduction du signal, alors que celles impliquées dans les procédés métaboliques se sont contractées.

Les travaux de Prachumwat et Li suggèrent donc que la taille d’une famille multigénique, et son évolution, dépend en partie de la fonction des gène qu’elle regroupe.

Référence

Prachumwat & Li (2008) Gene number expansion and contraction in vertebrate genomes with respect to invertebrate genomes, Genome research Feb. 2008, pp 221-232