Évolution du génome

L'évolution du génome étudie comment la taille, la structure et le contenu des génomes évoluent au cours du temps évolutif, de la duplication génique et des éléments transposables au réarrangement de génomes entiers et à l'histoire profonde des lignées cellulaires.

Definition

L'évolution du génome est l'étude des changements dans l'organisation, la taille et le contenu génique des génomes à travers les lignées. Elle aborde la manière dont les processus mutationnels, la sélection, la dérive génétique et les échanges génétiques se combinent pour produire la diversité des architectures génomiques observées chez les êtres vivants.

Scope

Ce domaine couvre les processus qui façonnent l'architecture du génome : la duplication de gènes et de génomes, la prolifération et le contrôle des éléments transposables, la variation de la taille du génome et le rôle de la dérive génétique, le transfert horizontal de gènes, ainsi que la génomique comparative utilisée pour reconstituer l'évolution des cellules et des principaux domaines du vivant.

Core questions

• Comment les duplications de gènes et de génomes entiers créent-elles de nouveau matériel génétique et de nouvelles fonctions ?
• Comment les éléments transposables façonnent-ils la taille et la structure du génome ?
• Pourquoi la taille des génomes varie-t-elle si largement, et quels rôles jouent la sélection et la dérive génétique ?
• Comment le transfert horizontal de gènes affecte-t-il l'évolution du génome et des lignées, en particulier chez les microbes ?

Key theories

Origines mutationnelles et basées sur la dérive de l'architecture du génome

Une grande partie de l'architecture du génome, y compris la propagation des introns, des éléments transposables et de l'ADN non codant en excès, peut s'expliquer par l'efficacité réduite de la sélection dans les petites populations, permettant l'accumulation de caractéristiques structurelles quasi neutres.

Évolution cellulaire et génomique profonde

L'analyse comparative des gènes conservés reconstitue la divergence profonde des lignées cellulaires et des principaux domaines du vivant, révélant comment les génomes et les cellules ont co-évolué.

Mechanisms

Les génomes évoluent par la duplication de gènes et de génomes entiers, ce qui fournit des copies redondantes qui peuvent diverger vers de nouvelles fonctions ou être perdues. Les éléments transposables se répliquent au sein des génomes et, selon le contrôle de l'hôte et la taille de la population, peuvent augmenter la taille du génome et remodeler la régulation. La taille du génome varie énormément et est influencée par l'équilibre entre la sélection contre l'ADN en excès et l'accumulation, due à la dérive génétique, d'insertions quasi neutres dans les petites populations. Le transfert horizontal de gènes déplace des gènes entre les lignées, en particulier chez les procaryotes, ce qui complique l'hérédité de type arborescent. La génomique comparative entre taxons reconstitue ces processus et l'histoire profonde de la vie cellulaire.

Clinical relevance

Les processus d'évolution du génome sous-tendent la propagation des gènes de résistance aux antibiotiques par transfert horizontal, l'activité des éléments transposables dans les maladies, ainsi que la duplication et la divergence de familles de gènes pertinentes pour la santé humaine, éclairant ainsi la médecine génomique et le contrôle des maladies infectieuses.

History

Les travaux d'Ohno en 1970 ont souligné la duplication de gènes et de génomes comme source de nouveauté évolutive. L'utilisation de l'ARN ribosomal par Woese et Fox en 1977 a révélé les archées et a recadré l'évolution cellulaire, et, à partir de l'ère génomique, les approches de génomique comparative et de génomique des populations, y compris la théorie de Lynch basée sur la dérive génétique, ont transformé la compréhension de l'architecture du génome.

Debates

Sélection versus dérive génétique dans le façonnage de l'architecture du génome

La question de savoir si des caractéristiques telles que la taille du génome, l'abondance des introns et la charge en éléments transposables sont principalement adaptatives ou sont des conséquences quasi neutres d'une efficacité de sélection réduite dans les petites populations est activement débattue.

Key figures

• Susumu Ohno
• Michael Lynch
• Carl Woese
• Ford Doolittle

Seminal works

• lynch2007
• woeseFox1977
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

Pourquoi la taille des génomes varie-t-elle autant entre les organismes ?

Parce que la taille du génome reflète un équilibre de forces, y compris l'accumulation d'éléments transposables et d'ADN non codant, la force de la sélection contre l'ADN en excès, et l'efficacité de la sélection, qui est plus faible dans les petites populations et permet à l'ADN quasi neutre de s'accumuler.

Qu'est-ce que le transfert horizontal de gènes ?

Le transfert horizontal de gènes est le mouvement de matériel génétique entre organismes autrement que par l'héritage de parent à progéniture ; il est courant chez les procaryotes et contribue à la propagation rapide de traits tels que la résistance aux antibiotiques.