Génomique fonctionnelle et comparative

Une fois qu'un génome est séquencé, les questions les plus complexes émergent : quelles sont les régions fonctionnelles, quel est leur rôle, et que peut-on apprendre en comparant ce génome à ceux d'autres espèces.

Definition

La génomique fonctionnelle vise à attribuer des rôles biologiques aux gènes et autres éléments génomiques à l'échelle du génome entier, tandis que la génomique comparative infère la fonction et l'histoire évolutive en alignant et en contrastant les génomes de différentes espèces.

Scope

Ce sujet aborde l'annotation des génomes pour identifier les gènes et les éléments régulateurs, l'étude à haut débit de l'expression via la transcriptomique, l'attribution systématique de la fonction des gènes par des inactivations (knockouts) et des criblages, l'alignement et la comparaison des génomes entre espèces pour détecter les régions conservées et divergentes, l'inférence des orthologues et des paralogues, ainsi que les navigateurs et bases de données génomiques qui organisent ces informations. Il traite de l'interprétation de la séquence génomique ; la détermination de cette séquence est couverte dans le sujet adjacent.

Core questions

• Comment les gènes et les éléments régulateurs sont-ils identifiés et annotés dans une séquence génomique brute ?
• Comment la mesure de l'expression dans différentes conditions révèle-t-elle la fonction des gènes ?
• Comment la conservation des séquences entre espèces indique-t-elle une importance fonctionnelle ?
• Comment distingue-t-on les orthologues et les paralogues, et pourquoi est-ce important ?

Key concepts

• Annotation génomique des gènes et des éléments régulateurs
• Transcriptomique et profilage de l'expression
• Criblages fonctionnels et inactivations de gènes (knockouts)
• Alignement et conservation des séquences entre espèces
• Orthologues, paralogues et navigateurs génomiques

Mechanisms

L'annotation combine des signaux de séquence tels que les cadres de lecture ouverts (open reading frames) et les sites d'épissage avec des preuves issues des transcrits exprimés ; l'analyse comparative aligne les génomes de sorte que les séquences conservées au-delà de ce que l'évolution neutre permettrait se distinguent comme probablement fonctionnelles, tandis que les duplications et pertes de gènes retracent l'innovation spécifique à une lignée.

Clinical relevance

La génomique fonctionnelle et comparative permet de prioriser les gènes candidats impliqués dans des maladies, d'interpréter l'impact probable des variants par leur conservation, de guider le choix des organismes modèles, et de fournir les annotations et les navigateurs que les cliniciens et les chercheurs utilisent pour comprendre les génomes des patients.

History

À mesure que les séquences génomiques s'accumulaient à partir de la fin des années 1990, l'attention s'est déplacée du séquençage vers l'interprétation : de grands consortiums ont annoté les éléments fonctionnels, les comparaisons d'organismes modèles ont révélé une conservation profonde, et des navigateurs génomiques publics tels que le navigateur UCSC, lancé en 2002, ont rendu l'annotation à l'échelle du génome largement accessible.

Key figures

• David Haussler
• Eric Lander
• Michael Ashburner

Seminal works

• kent2002
• brown2018

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre la génomique fonctionnelle et la génomique comparative ?

La génomique fonctionnelle s'interroge sur le rôle des éléments génomiques, souvent par des expériences mesurant l'expression ou l'effet de la perturbation des gènes, tandis que la génomique comparative infère la fonction et l'histoire évolutive en comparant les génomes de différentes espèces.

Pourquoi la conservation des séquences suggère-t-elle une fonction ?

Les régions qui remplissent une fonction importante tendent à être préservées par la sélection naturelle sur de longues périodes évolutives ; ainsi, les séquences qui restent similaires entre des espèces éloignées sont susceptibles d'être soumises à des contraintes fonctionnelles plutôt que d'être libres de muter.