Site du Genoscope

Soumission de projet de séquençage

webmaster — 2006-11-27T20:06:50Z

Nov 2006 -Le génome de la paramécie dévoile des mécanismes d'évolution des espèces.

webmaster — 2006-11-27T20:38:38Z

A l'initiative d'une équipe du Centre de Génétique Moléculaire, des chercheurs du CNRS et du Genoscope - Centre national de séquençage viennent de décrypter le génome de la paramécie, un organisme unicellulaire d'un intérêt considérable en biologie évolutive. Grâce à la découverte de trois duplications du génome à différentes échelles de temps, ils ont pu évaluer directement les conséquences de ce phénomène sur l'évolution des espèces. Ces résultats paraissent dans la revue Nature du 9 novembre 2006 (en ligne le 1er Novembre 2006).

Les cils de la paramécie, ici marqués en vert, recouvrent toute la cellule et permettent à l'organisme de nager à la recherche des bactéries dont il se nourrit. A droite de l'énorme masse du macronoyau, marqué en bleu clair, on distingue les micronoyaux sous la forme de deux petits points.

(Photo J. Beisson)

La paramécie est l'un des premiers organismes unicellulaires à avoir été observé au microscope. Depuis lors, sa facilité de culture, sa grande taille, et la facilité d'observation de ses fonctions cellulaires variées en ont fait un modèle d'étude privilégié pour les scientifiques. Depuis 50 ans, une petite communauté de biologistes américains, européens et japonais l'utilise pour l'étude de l'organisation cellulaire et de l'hérédité. Des chercheurs du CNRS et du Genoscope - Centre national de séquençage ont réalisé le décryptage du génome somatique¹ de la paramécie et découvert qu'il possède près de 40 000 gènes, contre "seulement" 25 000 pour l'homme. Ils ont ensuite démontré que ce patrimoine exceptionnel résultait d'au moins trois duplications successives de tout le génome. Les duplications de génome sont des évènements rares mais qui se sont produits de manière récurrente au cours de l'évolution des eucaryotes². Depuis longtemps, on postulait qu'elles pouvaient être à l'origine de transitions évolutives majeures, car le doublement du nombre de gènes offre un large potentiel d'innovation, et donc d'adaptation des espèces. L'analyse du génome et l'observation de ces trois duplications à différentes échelles de temps ont permis aux chercheurs de dégager trois conclusions sur l'évolution des espèces :

Conformément à de précédentes observations sur d'autres génomes, il semble que le destin de la plupart des gènes dupliqués soit de perdre une des deux copies, progressivement, le processus pouvant se prolonger sur plusieurs millions d'années

L'hypothèse stipulant qu'une duplication de génome peut conduire à la création explosive de nouvelles espèces est validée. En effet, la paramécie fait partie d'un groupe de 15 espèces génétiquement distinctes mais identiques dans leur morphologie et leurs niches écologiques. Or, la datation de la duplication du génome la plus récente révèle qu'elle a eu lieu juste avant l'apparition de ce complexe de 15 espèces jumelles.

La dernière conclusion, cette fois inattendue, est que la rétention de gènes en deux copies suite à une duplication ne reflète pas l'acquisition de nouvelles fonctions mais des besoins d'équilibre entre les différents composants de la machinerie cellulaire. En effet, la plupart des gènes codent pour des protéines qui interagissent avec d'autres protéines pour assurer des activités cellulaires spécifiques au sein de réseaux. Changer la quantité d'une protéine relativement à celles des autres compromet donc ces activités. Après une duplication, les gènes codant les protéines en interaction sont maintenus en deux copies et le retour à l'état initial par la perte d'une copie n'est possible que très progressivement, suite à l'accumulation de mutations qui affectent le niveau d'expression des gènes. Des fonctions nouvelles apparaissent bien, mais à des échelles de temps encore plus longues. Cette avancée a été rendue possible grâce au Groupement de recherche européen (GDRE) Paramecium genomics composé de laboratoires français, allemands et polonais, mis en place en 2002 par le Centre de génétique moléculaire. Suite à ces travaux, ce GDRE, est déjà engagé à explorer la fonction des gènes retenus en deux copies après les différentes duplications de génome. Le séquençage, réalisé au Genoscope, a été financé par le Consortium National de Recherche en Génomique.

Références :
Base de données de la biologie et du génome de la paramécie : http://paramecium.cgm.cnrs-gif.fr
Pour parcourir le génome de la paramécie : http://www.genoscope.cns.fr/paramecie

Contacts :
Chercheur :
CNRS
Jean Cohen
T 01 69 82 43 73
[Email]

Genoscope
Patrick Wincker
T 01 60 87 25 68
[Email]

Presse :
CNRS
Isabelle Bauthian
T 01 44 96 46 06
isabelle.bauthian@cnrs-dir

Genopole
Bénédicte Robert
T 01 60 87 83 10
[Email]

¹ Seuls parmi les eucaryotes unicellulaires, les ciliés, dont fait partie la paramécie, possèdent deux noyaux : l'un pour les fonctions germinales (sexualité), l'autre pour les fonctions somatiques (fonctionnement de l'organisme).

² Les eucaryotes sont les organismes uni- ou pluricellulaires possédant, entre autres organites, un noyau contenant l'ADN. On les oppose aux procaryotes.

Thèses

bbaude, sophie nicaud — 2009-04-16T14:44:36Z

> Propositions de thèses 2010-2011

> Thèses soutenues

Pour les enseignants et les étudiants

sophie nicaud — 2006-11-28T19:39:41Z

Foire aux questions

sophie nicaud — 2006-11-28T19:40:12Z

Informations générales

sophie nicaud — 2006-12-01T08:36:28Z

	Thèses & Séminaires
	- Les activités du Genoscope - Sur le séquençage - Articles de vulgarisation - A voir absolument
	Réponses aux questions les plus fréquemment posées sur le Génome & l'ADN, le séquençage et sur le projet Génome humain
	Album photo sur l'activité de séquençage au Genoscope
	Les définitions indispensables en biologie moléculaire et en génomique

Accueil

sophie nicaud — 2007-03-12T14:40:58Z

- Accueil

Les différentes étapes du séquençage

2007-03-21T13:15:54Z

(Cliquez sur l'image pour visionner la fiche)

Stratégies de séquençage

2007-04-04T07:16:52Z

1/ Le séquençage aléatoire global
2/ Le séquençage « clone par clone »

Introduction

Le séquençage des grands génomes reste une entreprise ardue, pour laquelle différentes stratégies existent. Elles répondent à une même difficulté : sachant que la lecture des réactions de séquençage ne livre que des séquences de 1000 nucléotides au plus, comment reconstituer l'ensemble de la séquence du génome, plusieurs milliers (bactéries) à plusieurs millions (mammifères) de fois plus longue ?

1/ Le séquençage aléatoire global

Génome humain

L'assemblage « brut » de séquences issues de l'ensemble du génome, constitue une stratégie nommée séquençage aléatoire global (« whole genome shotgun »). Cette méthode fonctionne bien avec les génomes bactériens, qui sont petits (de l'ordre de quelques millions de nucléotides) et pratiquement dénués de séquences répétées. Enfin, sa contribution réelle au séquençage du génome humain, long de 3 milliards de nucléotides et constitué pour moitié de séquences répétées, reste vivement controversée (voir la fiche Génome humain).

Dans le cas des grands génomes, la stratégie du séquençage aléatoire global consiste à obtenir des séquences appariées à différentes échelles génomiques. On procède donc au séquençage des extrémités de grands fragments génomiques (plusieurs centaines de milliers de nucléotides), qui permettent d'assembler les contigs en vastes ossatures et de détecter certaines erreurs à l'intérieur des contigs.

2/ Le séquençage « clone par clone »

Une stratégie différente - dite « clone par clone » ou hiérarchique - a été adoptée par divers consortiums internationaux pour le séquençage du génome humain et d'autres grands génomes (riz, arabette, ver, …). L'assemblage des lectures chevauchantes n'est plus réalisé à l'échelle de l'ensemble du génome, mais à l'échelle de grands fragments génomiques (appelés abusivement « clones »), préalablement ordonnés en une carte. Cette compartimentation permet de diminuer la difficulté posée par les séquences répétées et, surtout, de diriger le travail de « finition » sur des régions précises. Cette étape de finition est indispensable dans la perspective d'une annotation exhaustive et précise de la séquence.

Cartographie

La contrepartie est un effort de cartographie pour ordonner les grands fragments génomiques (voir la fiche Cartographie). Ce travail fait appel à diverses ressources : marqueurs des cartes physiques et génétiques, assemblage des grands fragments chevauchants sur la base de leur profil de coupure par des enzymes (« fingerprint »), et enfin séquences d'extrémités des grands fragments. Cette dernière ressource peut être utilisée pour construire la carte des grands fragments de proche en proche, à mesure que le séquençage progresse, et pour choisir les fragments chevauchants les moins redondants en vue du séquençage.

Avec un volume de séquences lues équivalant à 5 ou 6 fois la taille d'un génome comme celui de l'être humain (profondeur de 5X), il est possible d'assembler clone par clone une « ébauche » où l'on obtient pour chaque clone quelques dizaines de contigs. Toutefois, ces contigs initiaux ne sont en général ni ordonnés, ni orientés. En augmentant la profondeur jusqu'à

10X, on obtient des contigs plus longs, moins nombreux, et surtout ordonnés et orientés grâce aux paires de lectures ou à d'autres informations. Reste alors à entreprendre une étape fastidieuse de lissage et de finition, pour garantir à tout endroit moins d'une erreur tous les 10 000 nucléotides, et pour boucher les trous résiduels par un travail local.

Génome et ADN

sophie nicaud — 2007-04-24T14:59:14Z

Qu'est-ce que l'ADN ?
Qu'est-ce qu'un génome ?

L'Acide desoxyribonucléique (souvent abrégé en ADN) est une molécule que l'on retrouve dans tous les organismes vivants. L'ADN est présent dans le noyau des cellules eucaryotes, dans le cytoplasme des cellules procaryotes, dans la matrice des mitochondries ainsi que dans les chloroplastes. Certains virus possèdent également de l'ADN encapsulé dans leur capside. On dit que l'ADN est le support de l'hérédité car il constitue le génome des êtres vivants et se transmet en totalité ou en partie lors des processus de reproduction. Il est à la base de la synthèse des protéines. Wilkipedia

Qu'est-ce que l'ADN ?
Qu'est-ce qu'un génome ?

Le mot génome désigne l'ensemble de l'information héréditaire d'un organisme. Cette information est présente en totalité dans chacune des cellules de l'organisme (1). Lorsqu'une cellule se divise, l'information est copiée et transmise aux cellules filles.

Le génome contient toutes les instructions nécessaires au développement, au fonctionnement, au maintien de l'intégrité et à la reproduction des cellules et de l'organisme. Ces instructions sont nommées gènes.

Le support matériel de l'information génétique est l'ADN (Acide DésoxyriboNucléique). Le génome est composé de molécules d'ADN géantes, associées à d'autres types de molécules nommées protéines pour former les chromosomes. Un être humain possède 23 paires de chromosomes, donc deux jeux complets d'instructions, chacun hérité d'un de ses parents (2).

Deux êtres vivants d'espèces différentes présentent des génomes qui diffèrent par leur taille ainsi par le nombre, l'ordre et la nature des instructions qu'ils contiennent. Deux individus de la même espèce, au contraire, possèdent le même catalogue d'instructions, même si celles-ci peuvent exister dans des versions légèrement différentes (d'un individu à un autre ou chez un même individu, lorsque les copies héritées du père et de la mère diffèrent). C'est en ce sens que l'on parle du génome humain, commun à tous les êtres humains avec son bagage propre de gènes. Au sens strict, le génome de chaque être humain est unique (à l'exception de ceux, identiques, de vrais jumeaux), mais il ne diffère que de 0,1% environ de celui d'une personne non apparentée.

La taille des génomes, mesurée en nombre de bases (voir « Qu'est ce la séquence de l'ADN »), est très variable : quelques dizaines de milliers de bases en moyenne pour le génome d'un virus, quelques millions de bases pour celui d'une bactérie, 3 milliards de bases pour le génome humain... et 16 milliards pour le génome du blé ! Le nombre de gènes contenus dans les génomes varie dans une moindre mesure : quelques milliers chez une bactérie, 13 000 chez la drosophile, 25 000 chez l'homme. Il est difficile de corréler la complexité des organismes au nombre de leurs gènes, et plus difficile encore de la corréler à la taille de leur génome. Les contre-exemples abondent...

(1) A quelques exceptions près, telles que les globules rouges...
(2) Les individus de sexe masculin possèdent une paire de chromosomes sexuels dissemblables, porteurs de jeux d'instructions différents. Il existe en outre des anomalies du nombre de chromosomes dont la plus fréquente est la trisomie 21.