Paradoxes des Valeurs C et G

Le Paradoxe de la Valeur C

• Il s'agit d'une observation selon laquelle la complexité d'un organisme vivant n'est pas corrélée avec la taille de son génome.

Complexité et Taille du Génome

• La complexité des organismes ne correspond pas à la taille du génome ou à la quantité d'ADN dans les cellules haploïdes correspondantes.

Le Paradoxe de la Valeur G

• Il s'agit d'une observation selon laquelle la complexité d'un organisme vivant n'est pas corrélée avec le nombre de gènes codant les protéines.

Redondance des Gènes et Inflation de la Valeur G

• Environ 40% des loci de C. elegans résultent de duplications en tandem.
• Diversification par le biais du contrôle transcriptionnel.
• Les gènes peuvent produire différents produits et peuvent réguler le lieu et le moment (par exemple, le piano).

Autres possibilités d'explication du Paradoxe de la Valeur G

• Modifications post-traductionnelles méthylation, acétylation.
• Epissage alternatif.
• Protéines «couteau suisse».

Évolution des Introns dans le Génome Humain

• Les introns spliceosomaux seraient apparus tôt au cours de l'évolution.
• Les bactéries et les archées n'ont pas d'introns spliceosomaux.

Rôle des Introns

• Permettent la recombinaison entre les gènes et les exons
• Permettent l'épissage alternatif.

Évolution des Duplications

• La duplication et des remaniements des exons ou des gènes peuvent conduire à la création de nouvelles séquences génétiques.
• Aux niveaux inférieurs, les exons peuvent être dupliqués ou remaniés.
• Les duplication au niveau des gènes entiers peuvent créer des familles multigéniques
• Les familles de gènes sont dupliquées, ce qui produit des superfamilles de gènes
• La duplication peut même se produire au niveau du génome entier, doublant le nombre de copies de chaque gène et famille de gènes.

Duplication d'Exons : Avantages et Formation

• L'exon duplication peut aboutir à une extension structurelle et à une diversification.
• Ceci grâce à l'épissage alternatif
• Ceci grâce l'évolution des domaines.
• Une duplication d'exon résulte d'un crossing-over inégal (répétitions dans les introns) ou d'un remaniement d'exons.

Éléments Transposables et Rémunération Exonique (Exon Shuffling)

• Rétrotransposition à partir d'éléments LINE-1 avec un site poly(A) faible.
• La transcription va jusqu'à l'exon 3.
• La transcription inverse crée un hybride d'ADNc avec l'exon 3.
• Une transposition ultérieure en un nouveau locus entraîne la duplication de l'exon 3.

Divergence Fonctionnelle des Gènes Dupliqués

• La duplication de gènes permet un développement et une fixation rapides des mutations.

Exemple de Duplication de Gènes : la Superfamille des Globines Humaines

• La myoglobine facilite la diffusion de l'O2 vers les mitochondries dans les cellules musculaires.
• La neuroglobine améliore la disponibilité de l'O2 dans le cerveau.
• La fonction de la cytoglobine est inconnue
• Une forte homologie est retrouvée au sein d'un cluster génique (duplications en tandem ; HBA1/2 sont identiques).

Duplications Segmentaires et Duplications de Génomes Entiers

• La plupart des duplications segmentaires dans l'évolution humaine sont apparues au cours des 12 derniers millions d'années.
• Les duplications se produisent à la fois au sein d'un chromosome et entre différents chromosomes.
• La duplication de génomes entiers mène à la tétraploïdie.
• Il y a une perte ultérieure de gènes, ce qui mène à un état diploïde avec deux fois plus de chromosomes.
• L'hypothèse 2R consiste en 2 cycles de duplication du génome au cours de l'évolution des vertébrés

Transfert Horizontal de Gènes : Origine des Mitochondries - Endosymbiose

• Le génome mitochondrial montre une forte correspondance avec les cellules procaryotes.
• Il existe un arbre universel de la vie basé sur la phylogénétique de l'ARNr.

Endosymbiose et Destinée des Gènes Orthologues - Transfert Horizontal de Gènes.

• Les humains peuvent abriter plus de 100 gènes provenant d'autres organismes.

Évolution des Chromosomes Sexuels Humains

• Y : ~ 50 Mb d'ADN ; ~ 50 gènes (détermination du sexe ; SYR) ; la plus grande partie est de l'hétérochromatine inerte.
• X : > 160 Mb d'ADN ; de nombreux gènes.
• Homologies étendues : PAR1 et PAR2 sont des régions pseudo-autosomales.
• Origine commune des chromosomes X et Y.

Évolution des Chromosomes Sexuels Humains

• Le gène SRY (gène apparenté à Sox3 sur le chromosome Y) définit le sexe masculin.
• La sélection des gènes qui sont avantageux pour les ♂ sont proches de SRY.
• Sélection de l'inversion : empêche la recombinaison.
• Extension de la région non recombinante ; dégradation du chromosome Y.
• Inactivation du chromosome X (compensation de dose).
• Le chromosome Y pourrait s'éteindre (accumulation de mutations en l'absence de recombinaison).
• Et puis ?

Systématisation et Répartition Taxonomique des Gènes

• De nombreux gènes humains sont issus de l'évolution précoce.
• 21 % présentent des homologies avec des gènes largement répandus (fonctions biologiques de base).
• Environ 42% des gènes codant les protéines n'ont pas de fonction connue.

Humains et Systèmes Modèles Eucaryotes

• Arabidopsis thaliana.
• Mus musculus.
• Saccharomyces cerevisiae.
• Caenorhabditis elegans.
• Xenopus laevis.
• Drosophila melanogaster.