Organisation et contenu du génome

Les génomes sont bien plus que de simples enchaînements de gènes : la séquence codant pour des protéines ne représente souvent qu'une petite fraction de l'ensemble, intercalée entre des éléments répétitifs, des régions régulatrices et de vastes étendues non codantes dont les rôles sont encore en cours d'élucidation.

Definition

L'organisation et le contenu du génome désignent la description des types de séquences qu'un génome contient et de la manière dont elles sont agencées, incluant les gènes codants, les éléments répétitifs, les régions régulatrices et la proportion importante d'ADN non codant.

Scope

Ce sujet couvre le contenu génique et la densité génique des génomes, la structure des gènes eucaryotes avec leurs exons et introns, l'abondance et les types d'ADN répétitif, y compris les éléments transposables et les répétitions en tandem, l'ADN non codant et régulateur, l'organisation des chromosomes en euchromatine et hétérochromatine, ainsi que la grande variation de la taille du génome entre les organismes. Il décrit ce que les génomes contiennent et comment cela est agencé ; la manière dont ce contenu est séquencé et dont il fonctionne est traitée dans les sujets adjacents.

Core questions

• Quelle fraction d'un génome code généralement pour des protéines, et comment la densité génique varie-t-elle ?
• Quelles sont les principales classes d'ADN répétitif, et comment les éléments transposables façonnent-ils les génomes ?
• Pourquoi la taille des génomes varie-t-elle si largement sans être corrélée à la complexité de l'organisme ?
• Comment la chromatine est-elle organisée en régions transcriptionnellement actives et silencieuses ?

Key concepts

• Contenu génique, densité génique et structure exon-intron
• ADN répétitif et éléments transposables
• ADN non codant et régulateur
• Euchromatine et hétérochromatine
• Taille du génome et paradoxe de la valeur C

Mechanisms

Les génomes eucaryotes accumulent des séquences répétitives principalement par l'activité de copie des éléments transposables, tandis que les régions pauvres en gènes se condensent en hétérochromatine ; l'architecture qui en résulte, avec des exons codant pour des protéines enchâssés dans des introns et entourés d'ADN régulateur et répétitif, reflète l'équilibre entre la mutation, la sélection et l'auto-propagation des éléments mobiles.

Clinical relevance

La connaissance de l'organisation du génome est essentielle pour l'interprétation des variants : de nombreux changements associés à des maladies se situent dans des régions régulatrices non codantes, les expansions de répétitions en tandem sont à l'origine de troubles tels que la maladie de Huntington, et les insertions d'éléments transposables peuvent perturber les gènes.

History

La découverte par McClintock des éléments transposables chez le maïs a révélé que les génomes sont dynamiques ; le paradoxe de la valeur C des années 1970 a montré que la taille du génome n'est pas corrélée à la complexité ; et le séquençage du génome humain et d'autres génomes à partir de 2001 a quantifié la proportion d'ADN répétitif et non codant dans les grands génomes.

Key figures

• Barbara McClintock
• Susumu Ohno
• Eric Lander

Seminal works

• lander2001
• brown2018

Frequently asked questions

Pourquoi la taille d'un génome ne permet-elle pas de prédire la complexité d'un organisme ?

Une grande partie d'un génome volumineux est constituée d'ADN répétitif et non codant plutôt que de gènes. Par conséquent, la taille totale reflète davantage l'accumulation de ces séquences que le nombre de gènes ; cette discordance est connue sous le nom de paradoxe de la valeur C.

Que sont les éléments transposables ?

Ce sont des séquences d'ADN capables de se déplacer ou de se copier vers de nouveaux emplacements dans le génome ; au cours de l'évolution, leur prolifération représente une part importante de nombreux génomes et peut à la fois perturber et remodeler les gènes.