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Les gènes mitochondriaux sont-ils décodés de la même manière que les gènes nucléaires ?


Les génomes mitochondriaux des mammifères ne contiennent que 22 gènes codant pour l'ARNt, ce qui est un nombre insuffisant pour décoder les ARNm selon les règles d'oscillation standard.

Comment la traduction des ARNm mitochondriaux est-elle réalisée avec ce nombre d'ARNt ?

Les possibilités qui me viennent à l'esprit sont que certains gènes codent pour plusieurs ARNt (mais cela semble peu probable car chaque gène a son propre promoteur) ou que les ARNt mitochondriaux peuvent adopter des structures tridimensionnelles alternatives, chacune avec une boucle d'anticodon différente et donc un anticodon différent.


Résumé de la réponse

Traduction dans le mitochondries des mammifères diffère sensiblement de celui des cytoplasme. Bien qu'il ait plus de similitude avec la traduction dans procaryotes, il montre également des changements significatifs par rapport à ce dernier. Un plus petit répertoire d'ARNt est capable de traduire un code génétique «simplifié» par des altérations structurelles et des modifications de base qui permettent à leurs anticodons de décoder des groupes de codons synonymes, ce qui n'est pas possible selon les «règles» standard de l'oscillation.

Relation avec le système de traduction eubactérien

L'une des preuves de la théorie endosymbiotique de l'origine des mitochondries était le fait que leur machinerie de traduction était plus similaire à celle des procaryotes qu'à celle du cytoplasme eucaryote. Les similitudes avec les procaryotes comprenaient la taille (plus petite) de leurs ribosomes, la sensibilité de leurs ribosomes aux antibiotiques spécifiques des ribosomes bactériens et la formylation de leur ARNt initiateur - ARNt fmet.

Bien qu'elle ne réfute en rien la théorie endosymbiotique (qui est largement acceptée), la traduction mitochondriale montre plusieurs différences par rapport à celle des procaryotes. Ceux-ci incluent l'existence d'un seul ARNt pour décoder la méthionine à la fois dans l'initiation et l'élongation (discuté ci-dessous), l'absence de séquences de tête précédant le codon d'initiation, empêchant ainsi un type de reconnaissance Shine & Dalgarno par le ribosome, et des protéines ribosomiques supplémentaires qui sont considérées pour "fournir une plate-forme spécialisée pour la synthèse et l'insertion membranaire des composants protéiques hautement hydrophobes de la chaîne respiratoire".

Décodage avec 22 ARNt mitochondriaux

Revue générale : Suzuki et al. (2011) Revue annuelle de génétique 45, 299-329

Comme l'indique la question, les mitochondries des mammifères codent pour 22 ARNt mitochondriaux, ce qui serait insuffisant pour décoder les ARNm à l'aide du code génétique standard et des «règles» d'oscillation qui s'appliquent à la traduction dans le cytoplasme eucaryote et chez les procaryotes.

Une façon de sortir du dilemme serait que certains des ARNt soient codés dans le noyau et importés dans la mitochondrie d'une manière similaire à celle des protéines mitochondriales codées dans le noyau. Bien que cela s'avère vrai pour certains organismes (bien que le système d'importation soit différent de celui des protéines), et important dans certains cas, ce n'est pas la réponse pour les mitochondries des mammifères. Ainsi, comme examiné dans Current Genetics (2009), les ARNt mitochondriaux codés dans le génome nucléaire de H. sapiens ne dupliquent que les 22 ARNt mitochondriaux et leurs anticodons. (La seule exception est un Gln supplémentaire (anticodon CUG) en plus du Gln (anticodon UUG).)

Regardons plus attentivement le problème. Bien qu'il existe 61 codons spécifiant les acides aminés, en raison de l'oscillation, il faut moins que ce nombre d'ARNt pour les décoder. Le cadre de gauche de la figure ci-dessous montre le code génétique standard et le nombre minimum d'ARNt nécessaires pour le décoder à l'aide des «règles» d'oscillation indiquées ci-dessous, indiquées par les rectangles de couleur.

Pour ceux qui ne connaissent pas le modèle réel d'oscillation (résumé dans ma réponse à une autre question), dans les ARNt d'allongement, la position 5' de l'anticodon a une certaine flexibilité telle qu'un G dans cette position peut former des paires de bases avec U ou C dans la position 3' du codon, une inosine (I) peut s'apparier avec U,C ou A, mais un anticodon C ne peut s'apparier qu'avec un codon G. Les bases non modifiées A et U sont rarement trouvées dans les anticodons, mais une variété de différents Us chimiquement modifiés sont trouvés (U* sur la figure) qui ne s'apparient qu'avec A. Ainsi, le nombre minimum d'ARNt allongeurs nécessaires serait le nombre de rectangles colorés - 36 - et, comme il existe des espèces distinctes d'ARNtrencontré pour l'initiation et l'élongation, le nombre minimum d'espèces d'ARNt est de 37.

Lorsque le génome mitochondrial humain a été séquencé, deux anomalies se sont réunies : le nombre limité de gènes d'ARNt déjà mentionnés et (plus sensationnelle) des changements par rapport au code génétique standard (indiqué en rouge à droite de la figure). On s'est immédiatement rendu compte que ces changements servaient à rationaliser le code afin que tous les codons synonymes soient en groupes de quatre ou deux. Si c'était assumé que la spécificité de décodage ou l'oscillation des ARNt mitochondriaux étaient différentes, alors 22 ARNt seraient suffisants en utilisant l'« oscillation » indiquée sous le cadre de droite de la figure pour les groupes de quatre acides aminés (bleu foncé) et les groupes de deux acides aminés avec codons se terminant par A ou G (rouge).

Une autre exigence était qu'un seul ARNtrencontré participer à la fois à l'allongement et à l'amorçage, exigence dont le respect a déjà été évoqué.

Quelles caractéristiques des ARNt pourraient changer les « règles » d'oscillation qui ont été conservées entre les procaryotes et le cytoplasme eucaryote ? Il s'avère qu'il y a deux types de changements. Le premier, et le plus évident, est le fait que certains (mais pas tous) ARNt mitochondriaux ont des structures en trèfle non canoniques, la plus extrême étant l'ARNtser dans lequel toute la boucle D est manquante. La seconde est la modification post-transcriptionnelle des bases dans l'anticodon - tout comme c'est le cas pour les ARNt dans le cytoplasme, cela peut affecter considérablement la spécificité de décodage.

Il n'est pas encore possible de décrire l'interaction codon-anticodon dans la traduction mitochondriale comme cela a été fait pour le cytoplasme ou pour les procaryotes. Le problème semble être la difficulté d'obtenir suffisamment d'ARNt purs. Alors qu'il est assez facile de cloner et de transcrire les gènes d'ARNt, cela est insuffisant sans les modifications chimiques secondaires des bases qui sont essentielles à la structure et à la fonction des ARNt.


Il s'avère (et je n'en suis pas sûr à 100%) que chaque gène codant pour l'ARNt pourrait donner plusieurs variantes d'anticodons par différentes voies de repliement, de sorte que vous auriez finalement suffisamment d'anticodons.


Un nouvel ADN d'un os de Néandertal révèle la preuve d'une tribu humaine perdue

Un fémur découvert dans une grotte du sud-ouest de l'Allemagne a fourni aux chercheurs des preuves solides qu'une petite population d'humains a quitté l'Afrique puis a disparu, bien avant la grande migration qui a vu les humains peupler le globe.

Des signes de cette mystérieuse migration précoce sont restés dans l'ADN des Néandertaliens qui ont laissé l'os de la jambe derrière eux, révélant non seulement un rendez-vous précédent entre les deux populations d'hominidés, mais un signe que les Néandertaliens étaient beaucoup plus diversifiés que nous le pensions.

Une équipe de scientifiques dirigée par l'Institut Max Planck pour la science de l'histoire humaine et l'Université de Tübingen en Allemagne a utilisé l'ADN des mitochondries du fémur pour déterminer sa relation avec d'autres Néandertaliens et humains modernes.

L'histoire de Néandertal et de l'homme est un peu compliquée. Alors reste avec nous.

Néandertaliens et humains sont considérés comme des cousins ​​proches, soit sous la même espèce de Homo sapiens ou une espèce étroitement apparentée Homo néandertalien.

Les mitochondries - nos batteries de cellules - contiennent un ensemble de gènes distincts de l'ADN regroupé à l'intérieur de notre noyau. Étant donné que l'ADN mitochondrial mute de manière assez prévisible et conservée, nous pouvons mesurer et cartographier ses mutations pour avoir une bonne idée du moment où deux populations les ont partagées pour la dernière fois.

Les différences entre nos gènes mitochondriaux suggèrent que nous avons partagé pour la dernière fois un ancêtre commun il y a un peu plus de 400 000 ans, bien que des études antérieures sur l'ADN nucléaire aient estimé une scission il y a près de 800 000 ans.

Un autre groupe de cousins ​​humains surnommés les Dénisoviens s'est également séparé d'un groupe de Néandertaliens il y a environ 400 000 à 450 000 ans avant de partir errer sur la Terre.

La chose à noter est que les Dénisoviens ont un ADN nucléaire qui correspond davantage à l'ADN des Néandertaliens qu'au nôtre. Ce qui est logique, puisque les Dénisoviens se sont probablement séparés d'une population de Néandertal.

Mais les Néandertaliens et les humains modernes ont des mitochondries plus similaires. Pourquoi la différence ?

Des ossements de Néandertal trouvés dans une grotte espagnole ont été datés d'il y a 430 000 ans, ce qui suggère que leurs ancêtres ont quitté l'Afrique il y a près d'un demi-million d'années et se sont aventurés à travers l'Europe jusqu'au sud de la Sibérie avant de s'éteindre il y a quelques dizaines de milliers d'années seulement.

Nos propres ancêtres ont migré hors d'Afrique il y a environ 50 000 ans, avant de s'établir à travers le monde.

L'ADN prélevé sur des humains modernes avec une lignée non africaine révèle que nous avons des gènes qui ont évolué chez les Néandertaliens et les Dénisoviens, suggérant qu'il y avait un peu de relation intermittente avec nos cousins ​​au cours des millénaires depuis que nous nous sommes séparés pour la première fois.

Considérant que les populations ont eu la chance de se mélanger en Europe sur une période de quelques milliers d'années, une sorte d'affaire occasionnelle n'est pas si surprenante.

Mais cette nouvelle découverte est un peu un choc.

Le spécimen, codé HST d'après le site de sa découverte dans la grotte Hohlenstein-Stadel, n'a pas pu être daté au carbone. Mais son ADN mitochondrial le situe à environ 124 000 ans.

"L'os, qui montre des preuves d'avoir été rongé par un grand carnivore, a fourni des données génétiques mitochondriales qui ont montré qu'il appartient à la branche néandertalienne", explique le chercheur principal Cosimo Posth de l'Institut Max Planck pour la science de l'histoire humaine.

Juste pour donner une autre tournure à l'histoire, ces mitochondries de Néandertal ne provenaient pas du même groupe que celles appartenant à d'autres os de Néandertal analysés précédemment. Au lieu de cela, il provenait d'une lignée remontant à au moins 220 000 ans.

Non seulement cela suggère que les humains modernes auraient pu entrer provisoirement en Europe et se lier d'amitié avec les Néandertaliens bien avant la vague de migration qui a conduit à la population d'aujourd'hui, mais cela montre que les Néandertaliens étaient plus diversifiés que nous ne le pensions.

Dans l'ensemble, ces preuves aident à étoffer la relation complexe entre les Néandertaliens, les Dénisoviens et les humains modernes.

Il y a environ 450 000 ans, un ancêtre des Néandertaliens et des Dénisoviens s'est séparé et s'est dirigé vers l'Europe et l'Asie. Ceux qui se sont aventurés plus à l'est sont finalement devenus les Dénisoviens à l'ouest, ils étaient les Néandertaliens.

Environ 200 000 ans plus tard, un petit groupe de notre propre lignée ancestrale s'est aventuré hors d'Afrique et s'est reproduit avec des Néandertaliens. Cette tribu d'humains maintenant perdue était assez grande pour laisser ses mitochondries, mais pas assez pour laisser une marque significative sur l'ADN nucléaire de Néandertal.

"Ce scénario réconcilie la divergence dans les phylogénies de l'ADN nucléaire et de l'ADN mitochondrial des hominidés archaïques et l'incohérence du temps intermédiaire entre l'homme et l'homme de Néandertal estimé à partir de l'ADN nucléaire et de l'ADN mitochondrial", explique le chercheur Johannes Krause, également du Max Planck Institute for la science de l'histoire humaine.

Cette image n'est qu'une explication possible. Il est également possible que l'os provienne d'une autre population distincte qui a elle-même migré d'Afrique.

Avec la récente découverte d'humains anatomiquement modernes évoluant 100 000 ans plus tôt que prévu, il n'est pas exclu que nos ancêtres se soient beaucoup déplacés.

D'autres découvertes pourraient éclairer davantage les interactions entre nos ancêtres humains. Jusque-là, le statut de la relation entre les Néandertaliens et les humains est « c'est compliqué ».


Article de recherche original

De-Hui Yuan 1 & 2020 , Jian-Feng Xing 2†, Mei-Wei Luan 2 , Kai-Kai Ji 2 , juin Guo 2 , Shang-Qian Xie 2* et Yuan Ming Zhang 1*
  • 1 Centre d'information sur les cultures, Collège des sciences et technologies végétales, Université agricole de Huazhong, Wuhan, Chine
  • 2 Laboratoire clé d'innovation en génétique et en matériel génétique des arbres forestiers spéciaux tropicaux et des plantes ornementales (ministère de l'Éducation), Laboratoire clé de Hainan pour la biologie du matériel génétique des plantes ornementales tropicales, Collège de foresterie, Université de Hainan, Haikou, Chine

La modification de l'ADN 6mA, une importante marque épigénétique récemment découverte, joue un rôle crucial dans les organismes et attire de plus en plus l'attention ces dernières années. Le soja est économiquement le haricot le plus important au monde, fournissant des protéines végétales à des millions de personnes. Cependant, le modèle de distribution et la fonction de 6mA dans le soja sont encore inconnus. Dans cette étude, nous avons décodé la modification 6mA de la résolution d'un seul nucléotide dans le soja sauvage et cultivé, et comparé les différences de 6mA entre les génomes cytoplasmique et nucléaire et entre le soja sauvage et cultivé. Le motif de 6mA dans le génome nucléaire a été conservé dans les deux types de soja, et ANHGA était le motif le plus dominant dans le soja sauvage et cultivé. Les gènes avec une modification de 6mA dans le noyau avaient une expression plus élevée que ceux sans modification. Il est intéressant de noter que les schémas de distribution de 6 mA dans le cytoplasme pour chaque graine de soja étaient significativement différents de ceux du noyau, ce qui a été signalé pour la première fois dans le soja. Notre recherche fournit un nouvel aperçu de l'analyse approfondie de la modification de l'ADN génomique cytoplasmique chez les plantes.


OK, nous sommes en partie néandertaliens, et pas si différents des chimpanzés après tout. Nous savons également que certains médicaments ne fonctionneront pas sur mon cancer, même s'ils pourraient fonctionner sur le vôtre.

Et, si vous voulez découvrir ce que votre ADN a dit dans votre dos, le prix du décodage de votre génome personnel chute comme une pierre.

La carte du génome humain, achevée en 2001, a séduit les scientifiques au cours des années qui ont suivi, même si l'ampleur de son impact n'a pas correspondu à certaines des premières prédictions entourant le projet.

Eric Lander, un chef du projet du génome humain, a déclaré mardi (22 février) qu'il avait été surpris par le rythme des progrès découlant du projet, qui a été comparé au "coup de lune de la biologie".

"Cela est allé tellement plus vite que je ne l'avais jamais imaginé", a déclaré Lander, président et directeur du Broad Institute of Harvard et du MIT et professeur de biologie des systèmes à la Harvard Medical School. "Nous avons pu lire les cahiers de laboratoire de l'évolution."

Lander faisait partie d'un groupe d'experts scientifiques qui ont parlé du projet du génome humain et de son héritage au Sanders Theatre.

L'événement, « Cartographier le génome humain : dix ans après », a été organisé par le président de Harvard Drew Faust et diffusé sur le Web par USA Today. Les autres panélistes étaient Margaret Hamburg, chef de la Food and Drug Administration des États-Unis, M. Susan Lindee, présidente et professeure d'histoire et de sociologie des sciences à l'Université de Pennsylvanie Vamsi Mootha, professeure agrégée de biologie des systèmes et de médecine à la Harvard Medical School et associée membre du Broad Institute et Vicki Sato, ancienne présidente de Vertex Pharmaceuticals et aujourd'hui professeur de pratique de la biologie moléculaire et cellulaire à la Faculté des arts et des sciences et professeur de pratique de gestion à la Harvard Business School.

« Le séquençage du génome humain a-t-il été transformateur, et de quelles manières ? » Faust a demandé dans ses remarques introductives. « En quoi sommes-nous tous… différents de ce que nous aurions été autrement et que nous réservent les décennies à venir ? »

Le projet du génome humain a débuté en 1990 et a impliqué des scientifiques de 20 centres dans six pays. D'un coût de 3 milliards de dollars, la première ébauche du génome a été publiée en 2001 et la séquence complète a été publiée en 2003. La carte résultante montre 21 000 gènes qui fournissent les instructions pour créer un être humain et constituent la base d'une meilleure compréhension de notre base la biologie, en quoi nous nous différencions des autres animaux et que se passe-t-il lorsque les choses tournent mal.

Lander a dressé une liste d'avancées rendues possibles par le projet. En à peine le temps qu'il faut pour qu'un seul médicament soit développé et approuvé pour une utilisation chez l'homme, le nombre de gènes liés à des maladies courantes telles que le diabète et la maladie d'Alzheimer est passé de 20 à 1 100, et d'autres sont en cours. Les scientifiques ont décodé les génomes de chiens, de chimpanzés, d'animaux de laboratoire et d'une foule d'autres créatures. Le coût de la lecture d'un génome a chuté de façon spectaculaire en seulement 10 ans. La technologie d'aujourd'hui peut effectuer en cinq minutes une tâche de décodage qui aurait pris un an il y a dix ans, a déclaré Lander.

La révolution s'étend aux étudiants et jeunes chercheurs, qui ont à leur disposition non seulement une nouvelle compréhension des fondements de la vie, mais un éventail d'équipements et de techniques qui n'existaient pas il n'y a pas si longtemps.

"Ils ont les outils pour faire des choses aujourd'hui qu'il fallait aux armées pour faire", a déclaré Lander. "Mes attentes ont été soufflées."

En ce qui concerne les attentes du public, cependant, le battage médiatique entourant le projet a peut-être conduit certains à imaginer une ère de remèdes génétiques rapidement développés, a déclaré Sato.

Au lieu de cela, au fur et à mesure que notre compréhension a progressé, la complexité de nombreuses maladies a émergé.

Mais cela ne veut pas dire que le projet du génome humain n'a pas eu d'effet sur certaines maladies, a déclaré Mootha.

«Je suis vraiment excité par l'avenir. Si j'étais étudiant ou étudiant diplômé, je ne pense pas qu'il y ait de meilleur moment pour se lancer dans la recherche biomédicale.

Un problème, a déclaré Mootha, est qu'il y a un « tsunami » de données provenant de toutes les analyses génétiques en cours, à tel point que l'équipement ne peut pas les gérer ni même les stocker.

Un autre problème est la nature de l'information, a déclaré Lindee. Bien que les gens obtiennent de plus en plus d'informations sur leurs tendances génétiques, certaines informations sont ambiguës et difficiles à interpréter pour les médecins et les patients, ce qui entraîne une augmentation de ce qu'elle appelle des «informations non informatives».

Sato a déclaré qu'il avait fallu du temps aux sociétés pharmaceutiques pour modifier leur mode de fonctionnement afin de tirer parti d'un flot de données génomiques. Ils ont dû changer leur regard sur la maladie, mais ils ont également acquis une meilleure compréhension des différences entre les patients et du fait que certains médicaments fonctionnent mieux sur certaines personnes que sur d'autres.

"S'ils ont une mutation, nous savons que ce médicament ne fonctionnera pas même s'il s'agit du même cancer [comme une autre personne sans la mutation]", a déclaré Sato. « Tant de choses ont changé en un laps de temps relativement court, je ne peux pas imaginer à quoi ressemblera la médecine du futur. »


Enregistrements de données

Les lectures brutes d'Illumina sont déposées dans le NCBI Sequence Read Archive (SRA) 57,58,59,60,61,62 et le BIG Genome Warehouse 63 . Séquences génomiques cp assemblées et annotations génétiques associées de C. sinensis var. assamica sont déposés dans le NCBI GenBank 64 et le BIG Genome Warehouse 65 . L'assemblage final du génome mt et les annotations génétiques qui l'accompagnent sont déposés au NCBI GenBank 66,67 et au BIG Genome Warehouse 68 . L'alignement et les fichiers arborescents du génome chloroplastique et du génome mitochondrial du genre Camellia ont été déposés dans la base de données Figshare 69 .


Près de 20 ans de paléogénétique néandertalienne : adaptation, mélange, diversité, démographie et extinction

Près de deux décennies après la première récupération de l'ADN de Néandertal, les progrès récents des technologies de séquençage de nouvelle génération ont permis la génération de génomes à couverture élevée à partir de deux hominidés archaïques, un Néandertal et un Denisovan, ainsi qu'un génome mitochondrial complet à partir de restes qui représentent les premiers membres de la lignée de Néandertal. Ces informations génomiques, associées aux données d'exome de la diversité de plusieurs spécimens de Néandertal, jettent un nouvel éclairage sur les processus évolutifs tels que la base génétique de Néandertal et les adaptations spécifiques à l'homme moderne, y compris les traits morphologiques et comportementaux, ainsi que l'étendue et la nature du mélange. événements entre eux. Une image émergente est que les Néandertaliens avaient une petite taille de population à long terme, vivaient en petits groupes isolés et pratiquaient probablement parfois la consanguinité. Des effets génétiques délétères associés à ces facteurs démographiques pourraient avoir joué un rôle dans leur extinction. L'analyse de l'ADN d'autres restes en utilisant de nouvelles méthodes basées sur l'hybridation à grande échelle ainsi que de nouvelles approches pour discriminer les séquences d'ADN des contaminants fournira des informations génétiques à des échelles spatiales et temporelles qui pourraient aider à clarifier les Néandertaliens - et notre très propre - histoire de l'évolution.

1. Introduction

La meilleure façon de comprendre notre histoire évolutive en tant qu'humains modernes est de comparer notre propre génome avec celui de nos plus proches parents. Les bases génétiques des traits que nous ne partageons pas avec eux vont être celles qui définissent notre singularité en tant qu'espèce. Jusqu'à récemment, nous n'avions que les chimpanzés pour de telles comparaisons cependant, notre lignée et celle qui les a conduits se sont probablement séparées il y a plus de 6 millions d'années et ainsi, ils constituent un parent très éloigné. Prenons le langage par exemple, notre capacité unique à communiquer des idées abstraites qui sont souvent déduites pour nous distinguer du reste du monde naturel. Les chimpanzés ne parlent pas, non seulement parce qu'ils ont un cerveau différent et une constitution génétique différente, mais aussi parce qu'ils n'ont pas le conduit vocal qui nous permet de produire les sons que nous utilisons pour cela. Par conséquent, il est assez clair que, pour comprendre les processus adaptatifs qui ont probablement eu lieu non pas à l'origine de la lignée des hominidés, mais des millions d'années après, le chimpanzé représente une référence plutôt pauvre.

Selon les processus adaptatifs abordés, une source évidente de comparaison serait d'obtenir des données génétiques à partir de fossiles qui représentent les restes de nos parents hominidés. Étant donné que les Néandertaliens sont nos parents les plus proches et les plus connus, en plus de leur prévalence jusqu'à la fin du Pléistocène (donnant plus de chances de préserver l'ADN), cela en fait des candidats idéaux pour identifier les traits qui pourraient provenir de notre propre lignée évolutive.

2. Séquences d'ADN mitochondrial de Néandertal

La première séquence néandertalienne a été obtenue en 1997 par une équipe dirigée par Svante Pääbo. Ils ont pu récupérer la région hypervariable 1 de l'ADN mitochondrial (ADNmt) par amplification en chaîne par polymérase (PCR) à partir du spécimen holotype de Néandertal de la grotte de Feldhofer en Allemagne. En le comparant à un panel de séquences d'ADNmt humain dans le monde entier, les données ont indiqué que les Néandertaliens étaient un groupe frère des humains anatomiquement modernes, ne fournissant aucune preuve de métissage entre les Néandertaliens et les humains modernes, au moins à un niveau suffisant pour aboutir à des Néandertaliens. Introgression de l'ADNmt dans le pool génétique de l'ADNmt humain moderne [1].

Durant les 15 années qui ont suivi cette publication, d'autres séquences néandertaliennes provenant de différents sites tels que Mezmaiskaya (Russie) et Vindija (Croatie) en 2000, Engis (Belgique), La Chapelle-aux-Saints (France), Les Rochers-de-Villeneuve ( France) en 2004, El Sidrón (Espagne) en 2005, 2006 et 2011, Monti Lessini (Italie) et Scladina (Belgique) en 2006, Teshik-Tash (Ouzbékistan) et Okladnivok (Russie) en 2007 et Valdegoba (Espagne) en 2012 ont été amplifiés avec succès avec la même approche technique [2–12] (figure 1). Une observation commune de toutes ces études était que les séquences d'ADNmt de Néandertal étaient similaires les unes aux autres - suggérant une faible diversité générale - et différentes de tout ADNmt humain moderne rapporté. De plus, certaines études ont commencé à analyser une structure phylogéographique possible, les séquences basales dans les arbres phylogénétiques provenaient des Néandertaliens les plus à l'est (situés en Asie centrale) ou des plus anciens (Valdegoba et Scladina) [12]. Cela semble soutenir un cline génétique est-ouest ainsi que l'existence de goulots d'étranglement temporels qui ont façonné la diversité de l'ADNmt. Les Néandertaliens d'Europe occidentale récents (environ moins de 50 000 ans) constituent un groupe étroitement défini avec une faible variation génétique mitochondriale par rapport aux Néandertaliens européens de l'Est et plus anciens (plus de 50 000 ans). Les Néandertaliens orientaux et occidentaux semblent avoir divergé il y a environ 55 000 à 70 000 ans, suivi d'une extinction des Néandertaliens occidentaux dans la majeure partie de leur aire de répartition et d'une recolonisation ultérieure de la région [12].

Figure 1. Carte géographique montrant les sites de Néandertal et de Denisovan avec différents types de données génétiques (mitochondriales partielles, mitogénomes complets, exomes, données nucléaires partielles ou génomes complets) récupérées.

Cependant, pour explorer ces schémas de migration à travers le temps et l'espace, nous devons avoir une compréhension de base de la démographie des Néandertaliens. Heureusement, il existe un site néandertalien qui peut fournir de telles informations car il peut représenter un groupe familial. Le site espagnol d'El Sidrón serait une accumulation synchronique d'au moins 12 Néandertaliens dont trois femmes et trois hommes adultes, trois adolescents, deux jeunes et un nourrisson. Des séquences complètes et partielles d'ADNmt de tous les individus disponibles suggèrent que les Néandertaliens y ont formé de petites bandes à structure de parenté qui pratiquaient un comportement d'accouplement patrilocal et avaient des intervalles entre les naissances relativement longs (Californie 3 ans) par rapport aux populations humaines modernes. En plus de fournir des informations anthropologiques fascinantes sur un groupe social néandertalien (des caractéristiques similaires ont également été décrites chez les chasseurs-cueilleurs modernes), ces informations peuvent aider à choisir des paramètres démographiques lors de la génération de modèles de dynamique de population néandertalienne [1].

3. Les génomes mitochondriaux et l'avènement des nouvelles technologies de séquençage

Avec l'introduction des technologies de séquençage de nouvelle génération (NGS) dans le domaine de l'ADN ancien (ADNa), il a été possible pour la première fois de récupérer des génomes mitochondriaux complets, d'abord par séquençage au fusil de chasse d'un échantillon de la grotte de Vindija [13] et plus tard avec des méthodes d'enrichissement par hybridation-capture ciblées [14]. L'ensemble du génome de l'ADNmt a permis une estimation plus précise du temps de divergence entre les lignées d'ADNmt de l'homme moderne et de Néandertal, qui a été rapporté à 660 000 ans en considérant tous les sites de l'ADNmt [13] ou près de 400 000 ans en ne considérant que les sites de troisième codon de l'ADNmt [15]. Une autre observation frappante était que le rapport des taux d'évolution non-synonymes aux taux d'évolution synonymes était significativement plus élevé sur la lignée néandertalienne, un résultat qui conviendrait aux Néandertaliens ayant une population effective plus petite et évoluant ainsi sous des contraintes sélectives inférieures à celles des humains modernes [13] . En 2009, l'analyse de six génomes complets d'ADNmt de Néandertal indiquait que la variation parmi les Néandertaliens était d'environ un tiers de celle estimée pour les humains d'aujourd'hui dans le monde, suggérant une taille effective de la population féminine de moins de 3 500 individus [14]. Cette découverte était surprenante étant donné que les séquences néandertaliennes proviennent de plusieurs moments distincts s'étendant sur des milliers d'années sur une large gamme géographique, et il semble donc qu'il s'agisse d'une estimation prudente en ce qui concerne l'échantillonnage à une période de temps contemporaine. L'ancêtre commun le plus récent (MRCA) des échantillons de Néandertal analysés aurait vécu il y a environ 110 000 ans, ce qui est bien inférieur à l'âge estimé pour les ADNmt humains modernes [3].

De plus, ces nouvelles technologies de séquençage ont permis des estimations précises de la contamination humaine moderne dans les génomes d'ADNmt à couverture élevée obtenus, mais aussi la description des schémas de mésincorporation liés aux désaminations de cytosine en bordure des lectures de séquençage qui sont caractéristiques des séquences d'ADNa, et augmentent avec temps [16,17]. Dans des études ultérieures, ces modèles ont permis l'identification de séquences néandertaliennes authentiques et ont ouvert la possibilité d'analyser des échantillons néandertaliens qui étaient auparavant rejetés pour des études génétiques en raison de leur niveau élevé de contamination humaine actuelle [18].

4. Les premières séquences d'ADN nucléaire

Alors que la diversité mitochondriale de Néandertal était étudiée, l'attention s'est également tournée vers les loci nucléaires. Bien que difficile, étant donné la proportion inférieure d'ADN nucléaire par rapport à l'ADNmt, les chercheurs ont été ravis par l'idée car elle a ouvert la possibilité d'évaluer si les traits humains modernes fonctionnels et phénotypiques emblématiques étaient partagés par les Néandertaliens.

Entre 2007 et 2009, en amplifiant de petites régions nucléaires englobant des variantes fonctionnelles, les chercheurs ont découvert que certains Néandertaliens avaient probablement les cheveux roux et la peau pâle [19], ils avaient une capacité de perception du goût amer [20] et présentaient le groupe sanguin ABO O [21] . De plus, le fait d'avoir les mêmes variantes fonctionnelles que les humains modernes dans le FOXP2 - un gène qui, lorsqu'il est muté, génère un trouble de la parole et du langage - suggère que les Néandertaliens auraient pu communiquer avec des capacités linguistiques similaires aux nôtres, ou du moins ils avaient la génétique base pour le faire [22]. Néanmoins, des études récentes ont trouvé des différences entre la plupart des humains modernes et les Néandertaliens dans un élément régulateur proche du gène FOXP2 qui pourrait avoir des implications fonctionnelles [23].

Alors que la récupération de courts fragments d'ADN nucléaire est devenue possible dans des spécimens bien conservés et non contaminés, le séquençage d'un génome entier de Néandertal est resté un défi difficile, en raison de la faible quantité de séquences d'ADN nucléaire par rapport aux séquences environnementales et des limites de la technologie disponible. . Deux études pionnières ont réussi à récupérer 65 kb d'ADN nucléaire et 1 Mb de séquence d'ADN nucléaire de Néandertal par clonage et séquençage de courts fragments d'ADN [24] ou par séquençage métagénomique [25], respectivement. Ils ont estimé les temps de fusion entre les humains modernes et les Néandertaliens à environ 700 000 à 500 000 ans. Cependant, il a été démontré par la suite qu'une fraction significative des données générées par la deuxième étude provenait de l'ADN d'un contaminant humain moderne [26]. À la suite de cet écueil précoce, des mesures plus strictes ont été prises lors de la construction des bibliothèques de séquençage, éliminant ainsi la contamination potentielle de l'environnement et de l'homme moderne [27,28].

5. Les génomes de Néandertal et de Denisovan

L'année 2010 a vu non seulement la publication du très attendu génome de Néandertal [28] mais aussi celui d'un hominidé jusque-là inconnu, appelé Denisovan, du nom de la grotte des montagnes de l'Altaï où les restes ont été découverts [29]. Actuellement, seulement deux dents et un os de doigt (ce dernier avec des niveaux extraordinaires de préservation de l'ADN, environ 70 % de l'ADN endogène) ont été attribués aux Dénisoviens. L'ADN nucléaire et l'ADNmt extraits de ces restes suggèrent que les Dénisoviens étaient aussi génétiquement diversifiés que deux humains actuels de différents continents et plus diversifiés que les Néandertaliens de toute leur aire de répartition, suggérant que leur taille effective de population était relativement importante [30] (voir aussi un discussion ultérieure dans [31]). En utilisant une méthode d'hybridation-capture définie par l'utilisateur, un génome d'ADNmt à couverture élevée de l'os du doigt de Denisovan a été récupéré [32], et il a été estimé qu'il divergeait de l'ancêtre commun des humains modernes et des Néandertaliens il y a environ 1 million d'années [ 33]. De plus, comme les deux génomes nucléaires archaïques ont été séquencés, des relations phylogénétiques plus claires ont été établies pour la première fois. Le MRCA des humains modernes, des Néandertaliens et des Dénisoviens a vécu il y a au moins 800 000 ans, tandis que les génomes de Denisovan et de Néandertal étaient plus étroitement liés les uns aux autres - en tant qu'espèces sœurs - et leur temps de divergence était d'environ 600 000 ans.

En plus de la phylogénie générale des hominidés, l'analyse de cinq humains actuels de différentes zones continentales a suggéré que les non-Africains partageaient 1 à 4 % d'allèles dérivés de plus avec les Néandertaliens qu'avec les Africains sub-sahariens [28], tandis que les Mélanésiens actuels semblaient également partager 4 à 6 % de leur ADN avec l'individu de Denisovan. Le signal de Néandertal a également été observé plus tard dans les populations africaines, ce qui est probablement le résultat des migrations de retour vers l'Afrique [34-36]. Ces résultats ont été interprétés comme la preuve du croisement des Néandertaliens avec les ancêtres de tous les non-Africains et par la suite d'une population de type Denisovan principalement avec les ancêtres des Asiatiques du Sud-Est [37] cependant, un mélange marginal de Denisovan a également été signalé dans les populations d'Asie continentale [31 ,38], enchevêtrant davantage ce scénario de mélange ultérieur. Néanmoins, les proportions de mélange sont probablement surestimées si un certain degré de structure était présent chez les anciens humains en Afrique, comme déjà souligné dans [28,39-41]. Si tel était le cas, un tri incomplet des lignées et non une introgression pourrait expliquer certaines similitudes génétiques entre les humains modernes non africains et les Néandertaliens, mais certainement pas tous.

6. Génomes à couverture élevée

Une percée technique majeure en 2012 a impliqué une nouvelle méthode de préparation de bibliothèque qui a exploité l'ADN simple brin et a considérablement augmenté le rendement du séquençage à partir d'échantillons anciens. En bref, au lieu de construire les bibliothèques exclusivement à partir d'ADN double brin - où seules des séquences sans « coupures » ou cassures simple brin peuvent être incorporées dans les bibliothèques NGS - la nouvelle méthode dénature d'abord les fragments d'ADN et incorpore les simples brins d'ADN dans les bibliothèques NGS , permettant la récupération de beaucoup plus de molécules d'ADN que possible jusqu'à présent. En appliquant cette nouvelle méthode, un génome de couverture 30X du même échantillon de Denisovan [42] et un génome de couverture 54X d'un os d'orteil féminin de Néandertal [31] également de la grotte Denisova - connue sous le nom d'Altai Neandertal - ont été générés.

Disposer de données génomiques de haute qualité offre non seulement des informations affinées sur la parenté de Néandertal avec les humains modernes, mais nous permet également de commencer à répondre à des questions concernant leur diversité et leur histoire démographique, ce qui ne pourrait pas être fait avec des données à faible couverture. Par exemple, dans un scénario d'absence de flux de gènes, la date de la scission des populations humaines archaïques et modernes, qui est par nécessité plus récente que la divergence des séquences, peut être estimée. Récemment, les taux de mutation ont également fait l'objet de débats [43]. Sur la base d'un taux de mutation de 1,03 × 10 −9 dérivé des archives fossiles (qui est essentiellement deux fois plus rapide que celui généalogique), la répartition de la population entre les Dénisoviens, les Néandertaliens et les humains modernes s'est probablement produite il y a entre 383 000 et 257 000 ans, alors que les populations qui ont évolué vers les Néandertaliens et les Dénisoviens se sont séparées il y a environ 236 000 à 190 000 ans [31].

Une idée plus précise de comment et quand le mélange avec les humains archaïques s'est produit commence également à émerger. En couplant des génomes humains archaïques et actuels à couverture élevée, la quantité d'ADN introgressée des Néandertaliens aux Africains non subsahariens a été affinée à une fourchette de 1,5 à 2,1 % de l'ascendance néandertalienne dans les populations actuelles [44]. Il a également été observé que l'ADN dérivé de Néandertal chez tous les non-Africains est plus étroitement lié à un génome à faible couverture du squelette Mezmaiskaya dans le Caucase qu'à l'Altaï ou au génome de Vindija [31]. Le modèle de déséquilibre de liaison des haplotypes d'origine néandertalienne présumée suggère une date de mélange entre 37 000 et 82 000 ans [45]. Dans l'ensemble, ces observations semblaient indiquer qu'une population néandertalienne du Paléolithique moyen actuellement non échantillonnée vivant au Levant et/ou en Asie occidentale a rencontré des humains modernes lors de leur migration hors d'Afrique, diffusant par la suite la signature de l'introgression alors qu'ils peuplaient le reste du monde.

De plus, il a été récemment montré que les Asiatiques de l'Est et les Amérindiens peuvent avoir entre 1,7 et 2% plus de mélange néandertalien que les autres populations non africaines, ce qui suggère qu'un deuxième événement d'introgression a eu lieu après la divergence des populations européennes et asiatiques [42,46] . Cette dernière découverte était inattendue compte tenu des preuves archéologiques d'une occupation à long terme des Néandertaliens en Europe et d'un possible chevauchement tardif avec les premières migrations humaines modernes en Europe. De plus, les génomes humains modernes du Paléolithique supérieur et du Mésolithique n'ont jusqu'à présent pas réussi à démontrer une relation plus étroite avec les Néandertaliens [47,48]. Des génomes à couverture élevée des Européens du Pléistocène supérieur - ainsi que d'autres populations - seront nécessaires pour estimer avec précision si d'autres événements de mélange auraient pu se produire avec les Néandertaliens ou les Dénisoviens. Il est intéressant de noter que certaines sources de données suggèrent que le métissage peut avoir été limité par des incompatibilités génétiques (ci-dessous) et qu'une augmentation de courte durée du mélange néandertalien ne serait donc observée qu'à proximité des événements de métissage [44].

En plus de déterminer les relations phylogénétiques entre les hominidés, une application potentiellement intéressante des génomes à couverture élevée consiste à étudier en détail les régions introgressées et à voir si elles abritent des variantes génétiques qui pourraient être bénéfiques pour l'homme moderne. Plusieurs publications récentes suggèrent que certaines variantes archaïques auraient pu être avantageuses ou au moins fonctionnellement pertinentes après avoir été introgressées dans l'homme moderne [49-53]. Par exemple, les haplotypes néandertaliens chez les Européens et les Asiatiques de l'Est sont enrichis de gènes abritant des filaments de kératine - une protéine exprimée dans la peau, les cheveux et les ongles - suggérant que l'adaptation de la peau ou des cheveux aux environnements non africains a été améliorée après l'événement de mélange [53]. Inversement, il semble y avoir de grands « déserts » d'ascendance néandertalienne, ce qui implique que la sélection peut avoir agi pour éliminer le matériel génétique dérivé des Néandertaliens [44,54].De plus, les gènes qui sont plus fortement exprimés dans les testicules que dans tout autre tissu sont particulièrement réduits dans l'ascendance néandertalienne, et il y a une réduction d'environ cinq fois de l'ascendance néandertalienne sur le chromosome X [44] ces observations peuvent être interprétées comme une sélection éliminant les dérivés de Néandertal. gènes qui peuvent avoir réduit la fertilité masculine. En outre, les différences connues dans la taille effective de la population entre les Asiatiques de l'Est et les Européens pourraient avoir entraîné une sélection moins efficace pour éliminer les allèles délétères dérivés de Néandertal et ainsi être la cause de l'excès de signal néandertal observé dans les populations d'Asie de l'Est [44], bien que d'autres a suggéré qu'il était plus probablement attribuable à un métissage ultérieur dans l'Est [54], comme suggéré plus tôt.

7. Diversité génomique de Néandertal et tendances démographiques

L'opportunité d'analyser de grandes régions génomiques de différents spécimens néandertaliens ouvre la possibilité d'étudier des modèles de diversité qui pourraient être liés à des processus démographiques et évolutifs spécifiques, et qui peuvent également faire la lumière sur leur processus d'extinction.

L'avènement récent des exomes à forte couverture de deux Néandertaliens, l'un de Vindija 33.15 (40X) en Croatie et l'autre d'El Sidrón SD1253 en Espagne (12X) [55] (figure 1), a permis de commencer à aborder ces sujets. . Avec les régions d'exome des génomes de l'Altaï et de Denisovan, les exomes de Néandertal ont été comparés aux mêmes régions de trois individus modernes d'Afrique, d'Europe et d'Asie/Pacifique. Fait intéressant, il a été constaté que l'hétérozygotie moyenne - le nombre de différences de nucléotides au sein d'un individu pour mille paires de bases - parmi les trois Néandertaliens était de 0,128, ce qui représente environ un tiers de ce qui est observé chez les humains d'aujourd'hui. Les trois Néandertaliens ont des périodes d'homozygotie plus longues que les humains modernes. L'individu de l'Altaï aurait un coefficient de consanguinité d'un huitième, ce qui indique que les parents étaient aussi étroitement liés que les demi-frères et sœurs. De plus, d'éventuels signaux de consanguinité plus faibles sont également présents dans le matériel de Vindija et El Sidrón. Des échantillons supplémentaires seraient d'une importance primordiale pour voir si les traces d'homozygotie augmentent en longueur au fil du temps, et si cela est en corrélation avec le processus d'extinction. Considérant les deux individus datés de manière sûre (il y a environ 44 000 ans pour Vindija 33.15 et environ 49 000 ans pour El Sidrón 1253), l'homozygotie suit une longueur de plus de 200 kb, presque le double en environ 5000 ans [55]. De plus, la différenciation génétique entre les individus est plus importante chez les Néandertaliens que chez les humains d'aujourd'hui. Cela suggère que les Néandertaliens vivaient en petites populations relativement isolées, ce qui les a probablement amenés à se différencier les uns des autres par rapport aux humains modernes.

De plus, les inférences des génomes de Néandertal et de Denisovan à couverture élevée [31] suggèrent qu'il y a quelque temps après 0,5 à 1,0 million d'années, leurs populations ancestrales ont diminué en taille pendant des centaines de milliers d'années. Une faible taille de population sur une longue période réduirait l'efficacité de la sélection purificatrice et contribuerait à une plus grande fraction d'allèles probablement délétères, en particulier à faible fréquence. Conformément à ce que l'on pourrait attendre d'une faible taille de population à long terme, les exomes de Néandertal montrent que la proportion de tous les SNP dérivés qui sont supposés modifier les acides aminés et être délétères - évaluée à partir des allèles susceptibles d'affecter la fonction protéique ou que se sont produites dans des positions conservées - est plus grande que dans les populations humaines modernes. Parmi les allèles dérivés modifiant les acides aminés susceptibles d'être à faible fréquence chez les Néandertaliens, non seulement une proportion plus élevée est inférée pour altérer la fonction des protéines, mais ils semblent également être les variantes fonctionnelles avec les conséquences les plus délétères par rapport aux SNP à plus faible fréquence chez les populations humaines modernes. Cependant, il est intéressant de noter que ces résultats ne semblent pas affecter la charge délétère par individu, puisque le nombre de gènes associés à des traits non dominants avec des allèles dérivés hétérozygotes ou homozygotes supposés délétères, n'est pas différent entre Néandertal et les individus d'aujourd'hui [56]. Par conséquent, la susceptibilité des Néandertaliens à une maladie génétique spécifique ne peut être déduite de ces données [55].

8. Traits modernes spécifiques à l'homme et à l'homme de Néandertal

Les génomes de Néandertal et de Denisova à couverture élevée fournissent désormais une base solide pour identifier les changements génomiques spécifiques aux humains modernes et, avec cela, une liste de substitutions responsables de « ce qui fait de nous des humains modernes » a émergé [30,31,38].

De plus, les exomes des trois Néandertaliens et de l'individu de Denisovan nous permettent, pour la première fois, d'identifier des changements dérivés d'acides aminés partagés par trois Néandertaliens ainsi que l'individu de Denisovan qui ne sont pas vus, ou ne se produisent qu'à une très faible fréquence, chez l'homme d'aujourd'hui. De tels changements sont intéressants car ils peuvent sous-tendre des phénotypes spécifiques aux populations archaïques. En calculant la fraction de tous les changements d'acides aminés spécifiques aux lignées humaines archaïques ou modernes pour chaque catégorie de phénotype de gènes dans le Base de données d'ontologie de phénotype humain, une estimation de l'enrichissement des changements d'acides aminés dans les phénotypes dans chaque lignée archaïque a été obtenue [55]. Les auteurs constatent que les gènes impliqués dans la morphologie squelettique peuvent avoir changé plus sur les lignées Néandertal et Denisova que sur la lignée précédente de l'ancêtre commun partagé avec les chimpanzés. Ces changements génétiques pourraient sous-tendre certains traits squelettiques des Néandertaliens tels qu'une lordose réduite - la courbure de la colonne lombaire et cervicale, malheureusement, le fait qu'il y ait jusqu'à présent peu de preuves morphologiques de Denisoviens empêche de corroborer d'autres associations entre les changements génétiques et les traits morphologiques de la lignée. spécifique aux humains archaïques. Dans la lignée humaine moderne, il y a une surreprésentation intrigante de certains gènes comportementaux, certains de ces gènes ont été liés à des traits tels que « l'hyperactivité » ou « un comportement agressif » [55].

Ainsi, la majeure partie de notre compréhension de la biologie des humains anciens ne sera plus limitée par l'inaccessibilité des données mais par notre interprétation fonctionnelle des génomes humains modernes [57]. De plus, les changements réglementaires se sont également avérés importants dans l'évolution humaine récente [58], et donc non seulement les variantes de codage devraient être prises en compte lors de la reconstruction de la biologie des humains archaïques à partir de données génétiques.

Néanmoins, des études fonctionnelles seront essentielles pour mieux comprendre la fonction et l'importance non seulement des variantes génétiques déjà découvertes et spécifiques à la lignée humaine moderne, mais aussi les changements spécifiques à la lignée de Néandertal.

Une étude récente a décodé les anciens modèles de méthylation à partir des données NGS pour déduire l'expression génique d'un individu paléo-esquimau âgé d'environ 4000 ans [59]. De plus, d'autres travaux [60] suggèrent que même si les humains archaïques et modernes partagent plus de 99% de leur séquence génétique, il semble y avoir des différences de méthylation entre ces groupes d'hominidés qui sont deux fois plus susceptibles de se produire dans les gènes impliqués dans la maladie, en particulier le cerveau. régions associées à la maladie, que dans les gènes qui ne sont pas associés à la maladie. Des différences de méthylation sont également trouvées dans HOXD, un groupe de gènes qui régule le développement des membres, suggérant que certains de ces modèles épigénétiques peuvent expliquer pourquoi, par exemple, les Néandertaliens avaient de courts segments distaux de membres par rapport à de nombreux humains modernes. Cependant, afin d'évaluer ce que signifient les différences épigénétiques observées en termes de biologie, d'autres expériences fonctionnelles sont nécessaires. Néanmoins, ces deux publications suggèrent qu'il sera possible de suivre l'information épigénomique à travers le temps, et elles ont ainsi jeté les bases d'une autre nouvelle discipline : la paléoépigénétique [59,60].

9. ADN super-archaïque

Le génome de l'ADNmt d'un Californie Un hominin de 400 000 ans de la Sima de los Huesos à Atapuerca (Espagne figure 1) a été séquencé récemment [61]. Fait intéressant, les restes squelettiques avaient déjà été classés comme H. heidelbergensis et daté d'environ 600 000 ans, mais la classification et la date ont fait l'objet de controverse [62], et étant donné que les restes présentent un certain nombre de traits néandertaliens dérivés, ils ont été postulés comme les ancêtres des Néandertaliens. Une analyse récente de 27 individus de ce site paléontologique (aujourd'hui daté de Californie il y a 430 000 ans) montre que ces hominidés de la « Sima de los Huesos » présentent de nombreux traits dérivés de Néandertal dans leur visage et leurs dents, alors que la boîte crânienne conservait encore des conditions « primitives » [63], il semble que les formes de la boîte crânienne néandertalienne tardive ne se retrouvent pas dans Europe avant il y a environ 200 000 ans. Ainsi, ces données suggèrent que les caractéristiques néandertaliennes n'ont pas évolué en bloc, mais qu'elles ont plutôt été fixées à des rythmes et des rythmes différents dans différentes parties de l'anatomie. De plus, et compliquant encore le scénario, la seule séquence d'ADNmt de Sima obtenue jusqu'à présent semble être phylogénétiquement la plus similaire à celle de Denisovan [61], trouvée à des milliers de kilomètres et beaucoup plus jeune. Bien que les séquences du génome nucléaire de ces spécimens soient nécessaires pour déterminer leur relation précise avec les humains archaïques et modernes, cette étude fournit la preuve que les techniques d'ADNa sont devenues suffisamment sensibles pour récupérer et analyser l'ADN des restes d'hominidés du Pléistocène moyen, même dans des environnements sans pergélisol.

En outre, bien que des preuves morphologiques suggèrent que les caractéristiques néandertaliennes étaient déjà présentes dans les fossiles européens il y a plus de 400 000 ans, et qu'il y a 130 000 ans, leur série de traits caractéristiques était pleinement établie [64], aucune information génétique n'a encore été récupérée à partir d'échantillons plus anciens. plus de 100 000 ans. Il semble évident que de nombreux processus évolutifs pertinents ont eu lieu entre ces deux dates, peut-être liés à des événements climatiques dramatiques et déclenchés par l'action de la dérive génétique [64]. De plus, il n'est pas encore clair si les Néandertaliens d'autres zones géographiques ou périodes sont génétiquement similaires à ceux qui ont déjà été analysés. Bien qu'il existe clairement des différences entre les premiers et les derniers membres de la lignée néandertalienne, les opinions varient sur l'unité des variétés européennes et asiatiques de ce groupe d'hominidés [64,65]. Il sera intéressant d'examiner comment les Néandertaliens de différents moments sont liés les uns aux autres et dans quelle mesure les conditions climatiques ou d'autres facteurs ont contribué à façonner leur diversité génétique par le biais de l'adaptation ainsi que des réductions et des expansions démographiques.

De plus, disposer de données temporelles en série sur les Néandertaliens nous permettra de passer d'une base principalement descriptive de leur histoire démographique et de leur dynamique de population pour estimer des paramètres génétiques, par exemple, leur taux de mutation, des tailles de population temporelles précises ou des modèles de diversité locale.

10. Processus d'extinction

Près de 20 ans de paléogénétique et de paléogénomique néandertaliennes nous ont montré que les Néandertaliens, une population humaine éteinte, partageaient une histoire évolutive commune avec les humains modernes jusqu'à il y a environ 0,5 million d'années. Des études récentes suggèrent qu'après la séparation de leurs lignées, leurs trajectoires démographiques différaient : alors que la population de Néandertal diminuait en taille pendant des centaines de milliers d'années (comme celle des Dénisoviens), les ancêtres des humains d'aujourd'hui se stabilisaient ou augmentaient en nombre [31] . Ce constat prend tout son sens à la lumière de ce que l'on sait de leur diversité génétique, qui ne dépasse pas le tiers de ce qui a été estimé pour l'homme moderne dans le monde. De plus, leurs modèles de gènes codants montrent une efficacité réduite de la sélection purificatrice et une plus grande fraction d'allèles probablement délétères, en particulier à basse fréquence. Bien que nous commencions à saisir les schémas généraux de la diversité génétique néandertalienne, nous ne pouvons pas complètement comprendre les conséquences de leur démographie et de leur dynamique de population particulières à moins que davantage de spécimens contemporains les uns des autres ne soient analysés. Ces données seront primordiales pour nous aider à comprendre dans quelle mesure les Néandertaliens ont été affectés par leur petite taille de population, leur isolement relatif et leurs pratiques de consanguinité. Par exemple, les nouvelles données pourraient nous permettre d'observer si elles présentent une accumulation significative de variantes associées à des troubles récessifs par rapport aux humains modernes. Bien qu'il ne s'agisse que d'une hypothèse, il se pourrait qu'une accumulation d'effets génétiques délétères associés à une diminution de la taille effective de la population, exacerbée par les pratiques de consanguinité chez les derniers Néandertaliens, ait contribué à leur disparition définitive.

11. Développements futurs

Pour répondre à certaines des questions non résolues précédemment mentionnées sur l'histoire évolutive des Néandertaliens, un échantillonnage approfondi de nouveaux fossiles sera nécessaire, et même si les fouilles archéologiques en cours continueront, espérons-le, à produire du matériel pour les études d'ADNa, il est clair qu'un certain nombre d'échantillons néandertaliens d'intérêt peuvent être stockés dans des musées dans des conditions moins qu'idéales, ou peuvent ne pas avoir été fouillés et manipulés avec suffisamment de soin pour éviter la contamination [66] (figure 2). Deux mises en garde principales en découlent : de nombreux spécimens auront probablement une faible teneur en ADN endogène et pourraient avoir été contaminés de manière significative par l'ADN humain moderne.

Figure 2. Un protocole anti-contamination développé sur le site d'El Sidrón Neandertal en Espagne pour traiter correctement les échantillons anciens pour l'analyse de l'ADN. Les spécimens sont excavés avec du matériel de laboratoire stérile et immédiatement congelés.

Comme des échantillons de périodes plus anciennes sont criblés dans la recherche de matériel génétique précieux, même le séquençage d'un génome mitochondrial peut nécessiter des quantités importantes de tissu osseux [61], ce qui peut entrer en conflit avec les objectifs de conservation. De plus, les techniques de capture de cibles se sont avérées les plus efficaces pour accéder aux échantillons avec un faible ADN endogène. Cependant, seules certaines régions génomiques (par exemple, l'ADNmt ou les exomes) ont été récupérées avec une couverture élevée en utilisant cette approche [32,55,67]. Récemment, une méthode de capture du génome entier qui utilise des sondes d'ARN biotinylées faites maison comme appât (ce qui réduit considérablement le coût de conception des sondes) a été développée [68]. Bien que cette approche semble attrayante, elle semble introduire un biais contre les molécules d'ADN plus courtes, ce qui devra être abordé avant de pouvoir être appliqué de manière fructueuse à des échantillons d'ADN néandertalien très dégradé (et donc court) [69].

De plus, que les échantillons aient été récemment excavés ou manipulés sans mesures anti-contamination appropriées, étant donné que des spécimens plus anciens ou des échantillons provenant d'une large gamme de latitudes et de conditions spécifiques au site sont analysés, une proportion importante de la contamination humaine actuelle peut être attendu. À l'heure actuelle, la contamination est estimée efficacement, mais seulement deux in silico des approches ont été développées pour séparer putativement le matériel endogène du contaminant [18,70]. Cependant, aucun d'entre eux n'exclut le séquençage du matériel contaminant, qui pourrait ne pas convenir si un grand nombre d'échantillons mal manipulés et mal conservés doivent être criblés.

Même si des échantillons très bien conservés ont été trouvés, il est peu probable que nous découvrions des échantillons très anciens avec une teneur élevée en ADN endogène. Par conséquent, de nouvelles approches méthodologiques pour enrichir la quantité de matériel endogène, en ne retenant que les molécules endommagées informatives, devront être développées pour rendre les criblages à grande échelle économiquement réalisables. Néanmoins, les études sur l'ADNa seront toujours limitées par la quantité d'ADN endogène présente dans l'échantillon. Jusqu'à ce que de nouvelles approches méthodologiques soient disponibles, la capture de cibles et même le séquençage au fusil de chasse continueront sans doute à être utilisés, en fonction de la nature des échantillons et des questions scientifiques abordées. Cependant, il reste à voir si les technologies de séquençage de molécules uniques peuvent, efficacement et sans erreur, transformer le domaine de la paléogénomique de l'ADNa et des hominines.

Étant donné que la plupart des échantillons historiques de Néandertal sont d'une grande valeur pour comprendre les aspects clés de la dynamique de leur population et de leur biologie à travers le temps, de nouvelles méthodes expérimentales et informatiques seront cruciales pour accéder à l'ADN endogène nécessaire pour expliquer pleinement Néandertal et nos propres histoires évolutives.


Il y a de l'ADN étranger partout, grâce aux voleurs de gènes

Quelle est la forme de vie la plus résistante et la plus robuste au monde ? Le cafard a la réputation d'être résistant et beaucoup de gens semblent convaincus qu'il pourrait même survivre à une apocalypse nucléaire. Les tardigrades, ou ours d'eau, sont probablement encore plus résistants. Nous savons avec certitude qu'ils peuvent survivre en étant projetés dans le vide hostile de l'espace extra-atmosphérique.

Il est maintenant temps de rencontrer un autre concurrent : une espèce d'algues qui prospère dans les sources chaudes bouillonnantes de Yellowstone, au plus profond du ventre de la Terre, où l'eau est aussi corrosive que l'acide de batterie et l'environnement regorge d'arsenic et de métaux lourds.

Le secret des algues ? Vol. Il a volé les gènes dont il a besoin pour survivre à d'autres formes de vie. C'est une tactique qui est peut-être plus courante qu'on ne le pense.

La plupart des créatures vivantes qui vivent dans des endroits extrêmes sont des microbes unicellulaires et des bactéries ou archées. Ces formes de vie simples et anciennes n'ont pas la biologie plus sophistiquée des animaux, mais leur simplicité est un avantage : cela les laisse beaucoup mieux en mesure de to faire face à des conditions extrêmes.

Ils ont passé des milliards d'années à se cacher dans les endroits les plus inhospitaliers et à s'enfoncer profondément sous terre, au fond de l'océan, dans le pergélisol glacial ou dans des sources chaudes bouillantes. Ils ont fait le long voyage, faisant évoluer des gènes sur des millions, voire des milliards d'années, qui les aident à faire face à presque tout.

Mais et si d'autres créatures plus complexes pouvaient simplement venir voler ces gènes ? Ils prendraient effectivement un raccourci évolutif. D'un seul coup, ils auraient la génétique pour survivre dans des endroits extrêmes. Ils y arriveraient sans mettre les millions d'années de travail évolutif difficile qu'il faut normalement pour développer ces capacités.

C'est exactement ce que l'algue rouge Galdieria sulphuraria a fait. On le trouve heureux dans les sources chaudes de soufre d'Italie, de Russie, du parc de Yellowstone aux États-Unis et d'Islande.

Ces sources chaudes ont des températures aussi élevées que 56C. Bien que certaines bactéries puissent vivre dans des piscines à environ 100 °C et que quelques-unes puissent supporter des températures d'environ 110 °C à proximité d'évents sous-marins, il est remarquable qu'un eucaryote et un groupe de formes de vie plus complexes qui comprennent des animaux et des plantes (les algues rouges sont une plante) &ndash peut faire face à la vie à 56C.

La plupart des plantes et des animaux ne pouvaient pas tolérer ces températures, et pour cause.La chaleur provoque la rupture des liaisons chimiques au sein des protéines, ce qui les fait s'effondrer. Cela a un effet catastrophique sur les enzymes, qui catalysent les réactions chimiques du corps. Les membranes qui enveloppent les cellules deviennent également perméables, ce qui permet aux molécules qui seraient normalement d'être maintenues à l'écart. Une fois une certaine température atteinte, la membrane se brise et la cellule se désagrège.

Cependant, la capacité des algues à tolérer l'acidité est encore plus impressionnante. Certaines sources chaudes ont des valeurs de pH comprises entre 0 et 1.

Ce sont les ions hydrogène chargés positivement, également appelés protons, qui rendent quelque chose acide. Ces protons chargés interfèrent avec les protéines et les enzymes à l'intérieur des cellules, perturbant les réactions chimiques vitales pour la vie.

Plutôt que d'hériter ses super pouvoirs de ses ancêtres, les algues les ont volés aux bactéries

C'est parce que les protéines sont maintenues ensemble par l'attraction mutuelle entre les acides aminés chargés positivement et négativement. Lorsque vous introduisez une toute nouvelle charge de particules chargées positivement, vous perturbez l'équilibre prudent qui maintient la protéine ensemble. La protéine ne peut plus conserver sa forme spécifique et ne peut donc plus faire son travail correctement.

"La plupart des autres formes de vie ne peuvent pas résister à la chaleur ou à l'acidité extrêmes", explique Gerald Schoenknecht, biologiste végétal à l'Université d'État de l'Oklahoma à Stillwater. "Galdieria survit à pH 0, ce qui équivaut à survivre dans de l'acide de batterie dilué. La plupart des autres organismes, même les bactéries, ne peuvent pas gérer des valeurs de pH aussi basses."

Cependant, il n'y a pas que la chaleur et l'acidité qui Galdieria peut tolérer. L'algue est résistante à l'arsenic, au mercure et peut vivre dans des environnements extrêmement salés. Les éléments toxiques sont généralement mortels pour la vie, car ils inhibent d'importantes enzymes impliquées dans la respiration. Trop de sel, d'autre part, empêche les cellules végétales d'absorber l'eau, de les dessécher et de les transformer en enveloppes desséchées.

Pour savoir comment Galdieria survit à de tels environnements extrêmes Schoenknecht et ses collègues scientifiques de l'Oklahoma et de l'Université Heinrich-Heine en Allemagne ont décodé les gènes de l'algue. Ce qu'ils ont trouvé les a surpris. Plutôt que d'hériter ses super pouvoirs de ses ancêtres, les algues les ont volés aux bactéries.

Ce phénomène d'échange de gènes est connu sous le nom de "transfert horizontal de gènes". Habituellement, les gènes qu'une forme de vie porte sont ceux qu'elle a hérités de ses parents. C'est certainement le cas chez les humains et vous pouvez retracer vos caractéristiques le long des branches de votre arbre généalogique jusqu'aux tout premiers humains.

Schoenknecht a identifié 75 gènes dans les algues qui ont été prélevés sur des bactéries ou des archées

Cependant, il s'avère que de temps en temps des gènes « extraterrestres » d'une espèce totalement différente peuvent s'incorporer dans l'ADN. Le processus est très courant chez les bactéries. Certains soutiennent que cela s'est même produit chez l'homme, bien que cela ait été vivement contesté.

Lorsque l'ADN étranger atterrit dans son nouvel hôte, il n'y reste pas nécessairement les bras croisés. Au lieu de cela, il peut se mettre au travail en détournant la biologie de l'hôte, l'encourageant à fabriquer de nouvelles protéines. Cela peut donner à l'espèce hôte de nouvelles compétences et lui permettre de survivre dans de nouvelles situations. Si le saut de gène se produit assez fréquemment, il peut envoyer l'organisme hôte sur une toute nouvelle voie évolutive.

Au total, Schoenknecht a identifié 75 gènes dans les algues qui ont été prélevés sur des bactéries ou des archées. Tous les gènes ne confèrent pas aux algues un avantage évolutif évident, et la fonction exacte de nombreux gènes est inconnue.

Cependant, de nombreux gènes aident Galdieria survivre dans son environnement extrême.

Sa capacité à faire face aux produits chimiques toxiques comme le mercure et l'arsenic est due à des gènes prélevés sur des bactéries.

L'un de ces gènes est destiné à une « pompe à arsenic » qui permet aux algues d'éliminer efficacement l'arsenic de leurs cellules. D'autres gènes volés trouvés incluent ceux des transporteurs de métaux qui permettent Galdieria d'excréter des métaux toxiques, tout en absorbant les métaux essentiels de son environnement. Pourtant, d'autres gènes volés contrôlent les enzymes qui permettent Galdieria pour détoxifier les métaux comme le mercure.

L'algue avait également des gènes coupés qui lui permettent de tolérer des niveaux élevés de sel. Dans des circonstances normales, un environnement très salé va aspirer l'eau d'une cellule et la tuer. Mais en synthétisant des composés à l'intérieur de la cellule qui égalisent la "pression osmotique", Galdieria échappe à ce destin.

C'est aussi un mystère &ndash pour l'instant &ndash comment Galdieria fait face à la chaleur extrême

On pense que GaldieriaLa capacité de tolérer des sources chaudes extrêmement acides est due à son imperméabilité aux protons. En d'autres termes, il peut simplement empêcher l'acide de pénétrer dans ses cellules. Il le fait en ayant moins de gènes qui codent pour les canaux de la membrane cellulaire à travers lesquels les protons passent normalement. Ces canaux laissent généralement passer des particules chargées positivement comme le potassium, qui sont essentielles aux cellules, mais ils peuvent également laisser passer des protons.

"Il semble que l'adaptation au faible pH ait été principalement due à l'élimination de toute protéine de transport membranaire de la membrane plasmique qui permettrait aux protons d'entrer dans la cellule", explique Schoenknecht. "La plupart des eucaryotes ont de nombreux canaux potassiques dans leur membrane plasmique, Galdieria n'a qu'un seul gène codant pour un canal potassique. Donc, rendre la membrane plasmique « étanche aux protons » semble être la principale approche pour faire face à un pH bas. »

Cependant, ces canaux potassiques remplissent des fonctions importantes, telles que l'absorption du potassium ou le maintien d'une différence de tension entre la cellule et l'extérieur. Comment Galdieria reste en bonne santé sans les canaux potassiques n'est actuellement pas clair.

C'est aussi un mystère &ndash pour l'instant &ndash comment Galdieria résiste à la chaleur extrême. Les scientifiques ont été incapables d'identifier les gènes qui pourraient expliquer cette caractéristique particulière de sa biologie.

Les bactéries et les archées qui peuvent vivre à des températures extrêmement élevées ont des protéines et des membranes d'apparence distincte, mais les changements qui Galdieria a sont probablement plus subtiles, dit Schoenknecht. "Nous avons des indications qu'il y a des changements dans le métabolisme des lipides membranaires à différentes températures de croissance, mais nous ne comprenons pas encore ce qui se passe réellement et comment cela se rapporte à l'adaptation à la chaleur."

Il est clair que copier des gènes a donné Galdieria un énorme avantage évolutif. Alors que la plupart des algues rouges unicellulaires apparentées à G. sulphuraria vivent dans des zones volcaniques et sont quelque peu tolérants à la chaleur et à l'acide, peu de ses parents peuvent supporter autant de chaleur, autant d'acide, autant de toxicité et autant de sel que G. sulphuraria pouvez. En fait, dans certains endroits, l'espèce représente 80 à 90% de la vie, ce qui montre à quel point les autres espèces trouvent les conditions difficiles. G. sulphuraria appelle à la maison.

Dès qu'un gène résistant apparaît, il est rapidement échangé entre différentes bactéries

Il reste une question évidente à laquelle il reste à répondre : comment Galdieria réussi à voler tant de gènes?

Les algues vivent dans un environnement qui contient beaucoup de bactéries et d'archées, donc dans un sens, la possibilité de voler des gènes est là. Cependant, les scientifiques ne savent pas exactement comment l'ADN est passé d'une bactérie à un organisme aussi différent. Pour réussir à pénétrer dans son hôte, l'ADN doit d'abord pénétrer dans la cellule, puis dans le noyau, puis il doit s'épisser dans le génome de l'hôte.

"La meilleure supposition actuelle est que les virus pourraient avoir transporté le matériel génétique des bactéries et des archées vers Galdieria. Mais il s'agit d'une spéculation, qui manque de preuves », explique Schoenknecht. « En fait, entrer dans la cellule pourrait être l'étape la plus difficile. Une fois à l'intérieur de la cellule, entrer dans le noyau et s'intégrer dans le génome nucléaire est probablement moins un obstacle. »

Le transfert horizontal de gènes se produit souvent chez les bactéries. C'est pourquoi nous avons de tels problèmes de résistance aux antibiotiques, explique Schoenknecht. "Dès qu'un gène résistant apparaît, il est rapidement échangé entre différentes bactéries."

Cependant, on pensait que l'échange de gènes se produisait beaucoup moins fréquemment dans des organismes plus avancés comme les eucaryotes. On pense que les bactéries ont des systèmes d'absorption dédiés qui leur permettent d'absorber des acides nucléiques, et que les eucaryotes en manquent.

Néanmoins, d'autres exemples de créatures avancées volant des gènes pour survivre dans des endroits extrêmes ont été trouvés. Une espèce d'algue des neiges, Chloromonas brevispina, qui vit dans la neige et la glace de l'Antarctique, porte des gènes qui ont probablement été prélevés sur des bactéries, des archées ou même des champignons.

Les cristaux de glace déchiquetés peuvent perforer et perforer les membranes cellulaires, donc les créatures vivant dans les climats froids doivent trouver un moyen de faire face à cela. Une façon de le faire est de produire des protéines de liaison à la glace (IBP) qui, lorsqu'elles sont sécrétées par la cellule, s'accrochent à la glace, empêchant ainsi la croissance des cristaux de glace.

Le magnifique papillon monarque peut même avoir des gènes entaillés aussi

James Raymond de l'Université du Nevada, Las Vegas, a cartographié le génome de l'algue des neiges et a découvert que les gènes des protéines de liaison à la glace étaient remarquablement similaires à ceux observés chez les bactéries, les archées et les champignons, suggérant qu'ils ont acquis la capacité de survivre dans climats froids par transfert horizontal de gènes.

"Les gènes semblent être essentiels à la survie car ils ont été trouvés dans toutes les algues associées à la glace examinées jusqu'à présent et non dans aucune algue provenant d'habitats plus chauds", explique Raymond.

Il existe quelques autres exemples de transfert horizontal de gènes chez les eucaryotes.

Les petits crustacés qui vivent dans la banquise antarctique semblent avoir acquis cette compétence. Les bestioles & ndashStephos Longipe &ndash sont capables de survivre dans les canaux de saumure liquide dans la glace.

"Dans les mesures sur le terrain, j'ai trouvé S. longipe vivant dans des saumures surfondues au sein de la couche superficielle de la banquise ", explique Rainer Kiko, scientifique à l'Institut d'écologie polaire de l'Université de Kiel, en Allemagne. " Surfusion signifie que la température du liquide est inférieure au point de congélation auquel vous vous attendez. il doit être basé sur la façon dont il est salé. "

Pour survivre et s'empêcher de geler, S. longipeLe sang et tous les autres liquides corporels contiennent la même quantité de molécules que le milieu environnant, ce qui abaisse son point de congélation pour qu'il corresponde à celui de l'eau qui l'entoure. Cependant, le crustacé produit également des protéines antigel qui empêchent la formation de cristaux de glace dans son sang.

La limace de mer peut survivre en utilisant l'énergie du soleil

Les protéines, qui ne se trouvent pas dans les crustacés apparentés, sont très similaires à celles trouvées dans les algues de la banquise, suggérant que cette protéine a été obtenue par transfert horizontal de gènes.

La guêpe braconide est célèbre pour avoir injecté un œuf avec un virus dans un insecte hôte. L'ADN viral détourne le cerveau de l'hôte, transformant l'hôte en zombie, qui agit alors comme un incubateur pour l'œuf de guêpe. Les scientifiques ont trouvé des gènes braconides chez les papillons, même lorsqu'ils n'avaient jamais été colonisés par des guêpes. On pense que les gènes rendent les papillons plus résistants aux maladies.

Ce ne sont pas seulement des gènes individuels que les eucaryotes ont volés. Parfois, ils se rendent coupables de vols à plus grande échelle.

Une limace de mer vert vif appelée Élysie chlorotique On pense qu'il a acquis la capacité de photosynthèse en mangeant des algues. Les limaces de mer avalent des chloroplastes et des organites qui effectuent la photosynthèse et les gardent entiers et les gardent stockés dans les glandes digestives. Ensuite, si les choses se corsent et qu'il n'y a plus d'algues à manger, la limace de mer peut survivre en utilisant l'énergie de la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en nourriture.

Une étude suggère que les limaces de mer ont également directement prélevé des gènes sur les algues. Les scientifiques ont inséré des marqueurs d'ADN fluorescents dans le génome des algues, afin de pouvoir voir exactement où se trouvaient les gènes. Après s'être nourrie d'algues, la limace de mer a acquis un gène responsable de la réparation des chloroplastes.

Il se peut que le vol de gènes soit une tactique évolutionniste assez courante

Pendant ce temps, les cellules de notre corps contiennent de minuscules structures génératrices d'énergie appelées mitochondries qui se distinguent du reste de nos structures cellulaires. Les mitochondries ont même leur propre ADN.

Une théorie dominante est que les mitochondries existaient en tant que formes de vie indépendantes il y a des milliards d'années, et qu'elles se sont en quelque sorte incorporées aux cellules des premiers eucaryotes et que peut-être les mitochondries ont-elles été avalées mais ont-elles échappé d'une manière ou d'une autre à la digestion. On pense que cet événement s'est produit il y a environ 1,5 milliard d'années et a été une étape clé dans l'évolution de toutes les formes de vie supérieures telles que les plantes et les animaux.

Il se peut que le vol de gènes soit une tactique évolutionniste assez courante. Après tout, il est logique de laisser les autres faire tout le travail acharné pour vous pendant que vous finissez par saisir les récompenses. Alternativement, le transfert horizontal de gènes peut accélérer un voyage évolutif déjà en cours.

"Un organisme qui n'est pas du tout adapté à la chaleur ou à l'acide n'habitera probablement pas soudainement les piscines volcaniques parce qu'il a acquis les bons gènes", explique Schoenknecht.

"Cependant, l'évolution est presque toujours un processus par étapes, et avec le transfert horizontal de gènes, ces étapes pourraient être un peu plus importantes."

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Les Néandertaliens possédaient un gène crucial lié à la parole, selon des preuves ADN

NEW YORK - Les Néandertaliens, une espèce humaine archaïque qui dominait l'Europe jusqu'à l'arrivée des humains modernes il y a environ 45 000 ans, possédaient un gène critique connu pour sous-tendre la parole, selon des preuves ADN récupérées de deux individus fouillés à El Sidron, une grotte dans le nord de l'Espagne.

La preuve provient de l'analyse d'un gène appelé FOXP2 qui est associé au langage. La version humaine du gène diffère à deux points critiques de la version chimpanzé, suggérant que ces deux changements ont quelque chose à voir avec le fait que les gens peuvent parler et les chimpanzés ne le peuvent pas.

Les gènes des Néandertaliens semblaient être tombés dans l'oubli lorsqu'ils ont disparu de leurs derniers refuges en Espagne et au Portugal il y a 30 000 ans, presque certainement conduits à l'extinction par les humains modernes. Mais des travaux récents de Svante Paabo, biologiste à l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutive de Leipzig, en Allemagne, ont clairement montré qu'une partie de l'ADN de Néandertal peut être extraite de fossiles.

Paabo, Johannes Krause, un anthropologue, et des collègues espagnols qui ont fouillé les nouveaux os disent qu'ils ont maintenant extrait la version néandertalienne de la partie pertinente du gène FOXP2. C'est la même chose que la version humaine, rapportent-ils dans le numéro de vendredi de Current Biology.

Parce que de nombreux autres gènes sont également impliqués dans la faculté de la parole, une nouvelle découverte suggère mais ne prouve pas que les Néandertaliens avaient un langage semblable à celui des humains.

"Il n'y a aucune raison de penser que les Néandertaliens ne pourraient pas parler comme les humains en ce qui concerne FOXP2, mais il existe évidemment de nombreux autres gènes impliqués dans le langage et la parole", a déclaré Paabo.

La version humaine du gène FOXP2 a apparemment balayé la population humaine avant que les lignées néandertaliennes et humaines modernes ne se séparent il y a 350 000 ans.

Mais jusqu'à ce que l'on en sache plus sur ce que FOXP2 fait dans le cerveau, il est difficile de savoir quels pouvoirs ont été conférés par le balayage, a déclaré Gary Marcus, psychologue à l'Université de New York qui a écrit sur l'évolution du langage. "Peut-être que les Néandertaliens avaient quelques rudiments de langage, mais encore une fois, peut-être pas."

Une nouvelle souche de souris peut avoir quelque chose à dire sur la façon dont FOXP2 affecte le langage. Paabo a développé des souris dont les gènes FOXP2 ont été remplacés par la version humaine. Les souris ont des connexions neuronales supplémentaires dans leur cerveau et émettent un son inhabituel. "Il semble y avoir un changement dans la vocalisation - ils couinent d'une manière différente", a déclaré Paabo. "Mais il n'y a pas de différences évidentes de comportement - dans la plupart des cas, ce sont des souris normales."

La capacité à extraire un gène d'intérêt spécifique du génome de Néandertal est un exploit technique remarquable, si cela a effectivement été réalisé. Les résultats " ont le potentiel de devenir une clé de voûte dans notre compréhension de l'évolution humaine ", a écrit un arbitre anonyme qui a examiné le rapport de Paabo pour Current Biology.

L'étude de l'évolution humaine pourrait faire un pas de géant si Paabo récupérait l'intégralité du génome de Néandertal, au moins sous forme d'ébauche, un exploit qu'il espérait accomplir d'ici l'année prochaine.

Mais deux nuages ​​soudains ont éclipsé cette grande perspective. La première est que la nouvelle découverte sur FOXP2 contredit fortement un résultat antérieur annoncé par Paabo il y a cinq ans.

En examinant la version humaine de FOXP2 dans les populations du monde entier, Paabo a découvert en 2002 que tout le monde avait essentiellement la même version du gène. Cela se produit lorsqu'une nouvelle version d'un gène confère un tel avantage de survie qu'il balaie la population. Ce balayage s'était produit au cours des 200 000 dernières années, ont rapporté Paabo et ses collègues dans un article de Nature.

Cette date a soutenu une proposition de Richard Klein de l'Université de Stanford, basée sur des preuves archéologiques, selon laquelle la population humaine moderne avait subi des changements neurologiques il y a environ 50 000 ans, ce qui a permis à leurs populations de s'étendre et d'émerger d'Afrique. Le changement neurologique aurait pu être la perfection du langage moderne, étant donné que peu de progrès évolutifs pourraient être plus précieux pour une espèce sociale.

Mais le nouveau rapport de Paabo repousse les changements liés au langage dans FOXP2 à au moins 350 000 ans, le moment où les lignées néandertaliennes et humaines modernes se sont séparées, une date qui ne soutient plus la thèse de Klein.

Poussé par les arbitres de son nouveau rapport à dire pourquoi l'ancienne date était si fausse, Paabo a déclaré aux éditeurs de Current Biology que les calculs sous-jacents à la plus jeune date n'étaient "pas erronés mais reposaient sur des hypothèses qui sont nécessaires mais aussi universellement connues pour être des simplifications excessives de la réalité."

Bien que les hypothèses soient bien connues des généticiens des populations, les mises en garde n'étaient pas aussi claires pour les autres. Klein a déclaré qu'il était déçu d'avoir perdu le soutien génétique du travail de Paabo mais n'avait pas changé d'avis. "Les archives archéologiques suggèrent un changement majeur dans le comportement humain il y a 50 000 ans", a-t-il déclaré, "et je pense qu'il existe des preuves accablantes de cela."

Un deuxième nuage au-dessus du travail de Paabo avec l'ADN de Néandertal est le danger toujours présent de contamination par l'ADN humain, d'autant plus que Paabo rapporte avoir trouvé la version humaine de FOXP2 dans des os de Néandertal.

La plupart des ossements fossiles dans les collections des musées, et même les réactifs chimiques utilisés pour analyser le matériel génétique, sont contaminés par l'ADN humain. Le contaminant submerge souvent les faibles traces résiduelles d'ADN de Néandertal, qui sont au mieux difficiles à distinguer car la séquence d'unités est si similaire.

Paabo a lutté vaillamment pour faire face au problème de la contamination. Il a récupéré la séquence d'ADN de l'ADN mitochondrial de Néandertal, un type distinct du génome principal du noyau cellulaire.En mesurant le rapport entre l'ADN de Néandertal et l'ADN mitochondrial humain, il peut évaluer le degré de contamination d'un échantillon.

L'année dernière, pour jeter les bases de son analyse de l'ensemble du génome de Néandertal, Paabo a décodé la séquence de nombreux fragments d'ADN et envoyé des échantillons à un deuxième laboratoire pour une analyse indépendante.

Cela semblait un exploit considérable. Mais dans un article qui sera bientôt publié dans la revue PLoS Genetics, Jeffrey D. Wall et Sung K. Kim, deux biologistes de l'Université de Californie à San Francisco, affirment qu'il existe de sérieuses incohérences entre les séquences néandertaliennes que Paabo a publiées l'année dernière et ceux du deuxième laboratoire, le Joint Genome Center Institute de Walnut Creek, en Californie, dirigé par Edward M. Rubin.

L'essentiel de leur analyse est que les résultats de Rubin étaient probablement corrects et que les Paabo étaient fortement contaminés par l'ADN humain.

Paabo a déclaré qu'il était d'accord en général avec les critiques de Wall et Kim, mais a noté que les extraits d'ADN pour les deux études avaient été réalisés dans sa salle blanche. Il avait alors envoyé les échantillons pour sa propre analyse à un autre laboratoire, où la contamination aurait peut-être pu se produire.

Paabo a maintenant ajouté des garanties supplémentaires, a-t-il déclaré, telles que le marquage de tout l'ADN de Néandertal extrait dans sa salle blanche.

Pour l'analyse FOXP2, lui et ses collègues espagnols ont fait en sorte que les os soient excavés dans des conditions stériles et immédiatement congelés. De plus, il a analysé le chromosome Y de Néandertal, montrant qu'il était très différent du chromosome Y humain, et a donc fourni un deuxième test avec l'ADN mitochondrial pour différencier les échantillons humains et néandertaliens.

Wall a déclaré que dans le nouveau rapport, Paabo et ses collègues "ont été beaucoup plus prudents qu'ils ne l'étaient auparavant pour contrôler la contamination, mais je pense que cela reste une petite possibilité".

Pourquoi un résultat aussi frappant n'a-t-il pas été présenté à une revue plus connue telle que Nature ? Paabo a répondu qu'il l'avait fait, mais que "Nature l'a rejeté sans examen. J'ai été surpris."

FOXP2 est apparu pour la première fois dans une grande famille londonienne, dont la moitié des membres présentaient de subtils défauts d'élocution et de compréhension. Les généticiens ont découvert que l'une de leurs deux copies de FOXP2 était inactivée par une mutation.

Le gène "offre une fenêtre moléculaire passionnante sur les circuits cérébraux qui sont importants dans la parole", a déclaré Simon Fisher de l'Université d'Oxford, membre de l'équipe qui a découvert la mutation FOXP2. Les Néandertaliens et les souris ne sont pas les seules espèces à contribuer à la discussion. Les chauves-souris écho-localisées ont un changement distinctif dans leur gène FOXP2 au même endroit que les changements humains. Les chauves-souris qui ne chassent pas avec un sonar ne présentent pas ces changements, rapporte une équipe de biologistes chinois, dirigée par Gang Li et Shuyi Zhang de l'East China Normal University à Shanghai, dans le numéro actuel de la revue PLoS One.

Cela suggère que FOXP2 pourrait avoir évolué chez les chauves-souris pour prendre en charge le séquençage moteur rapide impliqué dans l'écholocation. Un ajustement similaire de FOXP2 aurait pu se produire dans la lignée humaine pour soutenir le séquençage moteur fin impliqué dans la parole, a déclaré Fisher.


Le biologiste Barry Commoner est-il un mutant ?

L'activiste radical et biologiste de longue date Barry Commoner vient de publier un article absurde dans le numéro de février de Harper's qui prétend remettre en question le « fondement du génie génétique ». Commoner prétend avoir découvert un scandale au cœur de la biologie et de la biotechnologie que les principaux chercheurs et les entreprises avides gardent caché à un public inconscient.

Quel est ce sombre secret ? Qu'un gène peut spécifier plus d'une protéine par épissage alternatif. Selon Commoner, l'épissage alternatif contredit ce que les biologistes appellent souvent le dogme central dans lequel un gène d'ADN est transcrit en ARN messager (ARNm) qui est ensuite traduit en une chaîne d'acides aminés qui se replie pour former des protéines. Les protéines sont les machines moléculaires au cœur de la plupart des processus dans les cellules vivantes.

Les résultats du Human Genome Project ont souligné l'importance de l'épissage alternatif, selon Commoner. Rappelons que l'année dernière, deux équipes, l'une privée dirigée par Craig Venter et l'autre gouvernementale dirigée par Francis Collins, ont annoncé conjointement qu'elles avaient décodé le génome humain, la recette de 3,2 milliards de paires de bases d'ADN pour fabriquer des êtres humains. Des analyses préliminaires indiquent que la recette pour fabriquer un être humain est composée de 30 000 à 40 000 gènes. Mais on estime qu'il existe au moins 100 000 protéines différentes dans le corps humain, ce qui signifie que certains gènes doivent être des recettes pour plus d'une protéine.

Pour comprendre comment cela se produit, veuillez me supporter pour une courte leçon de biologie moléculaire. Les gènes ne sont pas des séquences ordonnées de bases d'ADN qui sont simplement lues une par une. Au lieu de cela, les bases d'ADN qui composent un gène appelé exons sont souvent interrompues par d'autres bases d'ADN appelées introns qui n'ont rien à voir avec le gène. Dans la première étape de la transcription de l'ADN en ARN, les exons et les introns sont lus pour produire de l'ARN pré-messager. Pour obtenir la bonne recette pour une protéine, les introns doivent être supprimés. Cet exploit est accompli par une machine d'édition composée d'ARN et de protéines appelée spliceosome qui supprime les introns et assemble les exons en ARN messager mature qui incarne désormais la recette appropriée pour une protéine spécifique.

L'épissage alternatif se produit lorsque des éléments régulateurs du génome disent peut-être au spliceosome de traiter certains introns comme des exons ou certains exons comme des introns, modifiant ainsi la recette de la protéine. Comme le note le biologiste de l'Université de Géorgie Wayne Parrott, dans une certaine mesure, tout cela est une question de nomenclature – est-ce le « même » gène qui spécifie différentes protéines ou s'agit-il de gènes vraiment différents qui partagent des séquences d'ADN qui se chevauchent ? Le fait est qu'« il y a toujours une séquence d'ADN par protéine », explique Parrott.

Dans cette chicane sur la nomenclature, Barry Commoner voit des implications bien plus sombres. "La découverte de l'épissage alternatif" contredit carrément le précepte qui a motivé le projet du génome", écrit Commoner. "Cela annule l'exclusivité de l'emprise du gène sur le processus moléculaire de l'hérédité et réfute le fait qu'en comptant les gènes, on peut spécifier la gamme de protéines qui définissent la portée de l'hérédité humaine. L'effet du gène sur l'hérédité ne peut donc pas être prédit simplement à partir de sa séquence nucléotidique & #8230."

Premièrement, le projet génome ne consiste pas seulement à « compter » les gènes. Deuxièmement, les chercheurs doivent trouver tous les gènes afin d'avoir une idée de la ou des protéines qu'ils pourraient exprimer, épissés alternativement ou non. Le génome humain (l'ensemble de tous les gènes) est la porte d'entrée du protéome humain (l'ensemble de toutes les protéines). Commoner veut affirmer que les chercheurs ont ignoré ce qu'il pense être le rôle crucial que jouent les "machines" moléculaires à protéines et à ARN dans l'expression des traits héréditaires.

Mais c'est un non-sens pur comme un coup d'œil rapide à n'importe quel manuel de biologie de première année. Par exemple, Biologie cellulaire moléculaire 4e édition par Lodish et alia, déclare : « Une manière plus précise de représenter la relation entre la synthèse de l'ADN, de l'ARN et des protéines dans toutes les cellules ressemblerait à [la figure ci-dessous], indiquant que des protéines spéciales catalysent la synthèse d'ARN et d'ADN ."

Ensuite, Commoner affirme que l'épissage alternatif "détruit le fondement théorique d'une industrie de plusieurs milliards de dollars, le génie génétique des cultures vivrières". En raison de l'épissage alternatif, les cultures génétiquement améliorées « représentent une expérience massive et incontrôlée dont le résultat est intrinsèquement imprévisible. Les résultats pourraient être catastrophiques ». Commoner est assez rusé pour savoir que ses points de vue inhabituels sur la synthèse des protéines et l'épissage alternatif seraient tout simplement ignorés par les chercheurs modernes à moins qu'il ne puisse attirer l'attention sur eux. Il lie donc ses opinions à la campagne militante contre la biotechnologie végétale et les publie dans un magazine populaire. (On peut être pardonné de penser que l'article de Commoner est paru dans Harper's car aucune revue scientifique réputée à comité de lecture ne serait susceptible de le publier.)

L'épissage alternatif détruit-il vraiment l'industrie biotechnologique et menace-t-il la santé humaine ?

Commoner commence son article en citant des problèmes avec les expériences de transfert de gènes chez les animaux et avec le clonage (dans lequel aucun gène n'est transféré). Il note ensuite allègrement dans le même paragraphe que certains gènes non végétaux ont été transférés dans des cultures commerciales. Commoner espère clairement que les lecteurs feront le saut en supposant que s'il y a des problèmes dans la biotechnologie animale expériences alors il doit aussi y avoir des problèmes dans commercial biotechnologie végétale. Il doit utiliser cette technique rhétorique sournoise parce qu'il n'y a tout simplement aucun « échec » dans la biotechnologie végétale commerciale qu'il puisse citer.

L'affirmation principale de Commoner est que l'ajout de gènes pour des caractères tels que les pesticides bactériens à des cultures telles que le maïs et le soja est dangereux car dans un « environnement génétique étranger, l'épissage alternatif du gène bactérien pourrait donner lieu à de multiples variantes de la protéine prévue, voire à protéines ayant peu de relations structurelles avec l'original, avec des effets imprévisibles sur les écosystèmes et la santé humaine." Il soutient que les complexes de protéines végétales qui guident la synthèse de l'ARN et des protéines ne seront pas en mesure de transcrire et de traduire correctement les gènes bactériens, de sorte que des protéines involontaires seront produites.

Commoner a-t-il des preuves que cela se produit fréquemment ou pas du tout dans les cultures biotechnologiques commerciales ? S'il le fait, il ne le cite pas dans Harper's. En fait, les biotechnologistes végétaux sont tout à fait doués pour adapter les gènes bactériens aux génomes végétaux afin que leur machinerie de synthèse des protéines fonctionne normalement. S'il ne fonctionnait pas normalement, les plantes ne produiraient pas les caractéristiques telles que la résistance aux parasites que les sociétés commerciales de biotechnologie vendent avec tant de succès aux agriculteurs du monde entier. Pour produire une variété de culture biotechnologique commerciale, les biotechnologues commencent généralement par produire des centaines et des milliers de plantes dans lesquelles ils essaient d'insérer un gène particulier. Au fil des ans, ils cultivent et sélectionnent ceux pour lesquels le trait qu'ils recherchent, par exemple la résistance aux ravageurs, est stable. Ce n'est qu'après des années d'essais et de recherche qu'ils commercialiseront la variété de culture sélectionnée.

Commoner affirme également : « Le degré auquel les perturbations (causées par les transferts de gènes) se produisent dans les cultures génétiquement modifiées n'est pas connu à l'heure actuelle, car l'industrie de la biotechnologie n'est pas tenue de fournir même les informations les plus élémentaires sur la composition réelle des plantes transgéniques. aux agences de régulation."

"C'est carrément faux", dit le biologiste Parrott. "Les transgéniques ne peuvent pas être différents des variétés conventionnelles." Les cultures biotechnologiques doivent être « substantiellement équivalentes » aux variétés conventionnelles avant de pouvoir être commercialisées. Dans tous les cas, les entreprises de biotechnologie ont soumis des tonnes d'informations à la Food and Drug Administration (FDA) sur des éléments tels que les profils nutritionnels et les valeurs nutritionnelles avant de commercialiser des cultures génétiquement améliorées.

Les sélectionneurs conventionnels n'ont pas besoin de l'approbation de la FDA pour commercialiser leurs cultures, même si elles impliquent souvent beaucoup plus de changements génétiques (par des techniques telles que le croisement) que les transferts de gène unique courants dans les cultures génétiquement améliorées. "Chaque feuille de laitue de forme différente, chaque couleur de poivron différente, chaque nouvelle variété d'agrumes, est le résultat de mutations génétiques qui produisent différentes protéines qui ont été remarquées puis sélectionnées par les obtenteurs conventionnels", explique Parrott. Pourtant, personne ne craint d'être empoisonné par ces altérations génétiques beaucoup plus massives des cultures. Fait intéressant, des dizaines de variétés de plantes cultivées aujourd'hui ont été produites par des mutations induites par les radiations et les produits chimiques caustiques dans les années 1940 et 1950. Personne ne sait quelles protéines ces mutations génétiques aléatoires ont produites, mais les gens les mangent depuis un demi-siècle sans effets néfastes.

Parrott souligne que les génomes des plantes sont remplis de fragments d'ADN appelés rétrotransposons qui sautent naturellement au hasard d'une partie du génome d'une plante à une autre. Ces sauts se produisent des milliards de fois à chaque saison de croissance. Ils perturbent souvent l'expression des gènes chez les plantes et peuvent parfois induire la production de nouvelles protéines. Mais ce n'est pas une raison de s'inquiéter, car les gens mangent ces cultures avec leurs génomes sauteurs depuis des siècles. Il est évident que de telles perturbations dans les génomes végétaux ont une probabilité extrêmement faible de produire des protéines dangereuses.

Pourquoi Commoner fait-il des affirmations qui peuvent être réfutées simplement en se référant aux manuels universitaires de biologie ? En partie parce qu'il souffre encore de sa défaite intellectuelle face à James Watson et Francis Crick (les co-découvreurs de la structure de l'ADN) dans les années 1950 et 1960. À cette époque, Commoner, en plus d'être un militant contre les essais nucléaires en surface, était l'un des principaux défenseurs de la théorie selon laquelle les protéines portaient des traits héréditaires. Dans une certaine mesure, Commoner semble essayer de réinterpréter l'épissage alternatif comme un moyen de sauver au moins une partie de son ancienne thèse. Il s'avère que Commoner peut être un parfait exemple de l'affirmation de Thomas Kuhn dans La structure des révolutions scientifiques selon laquelle les vieilles théories ne meurent jamais tant que les vieux théoriciens ne meurent jamais.


Le Bangladesh décode le génome d'une plante de jute

Des chercheurs bangladais ont réussi à décoder le génome de la plante de jute.


Avec le séquençage réussi du génome du jute, le Bangladesh est devenu seulement le deuxième pays après la Malaisie, parmi les pays en développement, à réaliser un tel exploit.

Des chercheurs de l'Université de Dhaka, de l'Institut de recherche sur le jute du Bangladesh et de la société de logiciels DataSoft, en collaboration avec le Centre de biologie chimique de l'Université des sciences de Malaisie et l'Université d'Hawaï, aux États-Unis, ont décodé le génome.


Le Premier ministre Sheikh Hasina a annoncé mercredi l'adhésion scientifique du Bangladesh au Parlement.


La qualifiant de &#8216progrès scientifique historique&#8217, Sheikh Hasina a déclaré que la découverte rajeunirait l'héritage perdu de &#8216fibre dorée&#8217, car la cartographie génétique du jute aiderait désormais les sélectionneurs à développer des variétés de jute résistantes aux ravageurs et aux aléas climatiques.

Ciels

MEMBRE SENIOR

Cult. & Biotech. 15(2) : 145-156, 2005 (décembre)

PTC&B
Progrès préliminaires en jute (espèce Corchorus)
Analyse du génome

Ahmad S. Islam, Matthew Taliaferro, Christopher T. Lee, Craig
Ingram, Rebecca J. Montalvo, Gerrit van der Ende, Shahabudin
Alam1, Javed Siddiqui1
et Kanagasabapathi Sathasivan*

Cellule moléculaire et développement
Biologie, École des sciences biologiques, L'Université
du Texas à Austin, États-Unis

Mots clés : ADN génomique, Corchorus olitorius, C. capsularis, WU-BLAST, TAIR,
ARNr 18S, ARNt-Leu

Le document résume les progrès réalisés dans le clonage et le séquençage d'un nombre limité de
nombre de gènes du jute (Corchorus olitorius et C. capsularis) et discute
futures applications de l'analyse du génome du jute. En décembre 2005, un peu plus
200 séquences d'ADN ont été déposées dans GenBank. Bien que beaucoup de ces
les séquences sont partielles et non caractérisées, cela marque le début d'une
étape dans le démêlage du génome du jute jusqu'alors inconnu. nous avons construit
les banques d'ADNc et d'ADN génomique pour C. olitorius var. O4 et C. capsularis
var. CVL-1 dans les vecteurs plasmidiques pSMART et pBluescript, respectivement.
Des clones aléatoires ont été isolés et séquencés. Ces séquences d'ADN ont été
déposés dans GenBank et analysés à l'aide de TAIR (TAIR - Page d'accueil) pour
séquences similaires chez Arabidopsis thaliana et d'autres espèces végétales apparentées. Les
séquence complète pour l'ARNt-Leu et séquence partielle des fragments d'ADN
codant pour plusieurs protéines, telles que l'ARN polymérase &#946 subunit-1, l'ARNr 18S,
ARN polymérase et carboxytransférase dirigées par l'ADN mitochondrial et sous-unité #946
sont rapportés dans cet article. L'analyse des séquences d'ADN de taxons apparentés
déposés dans GenBank est également présenté délimitant la portée et les applications de
clonage de gènes d'importance agronomique.

Le jute, la deuxième culture de fibre la plus cultivée au monde après le coton, est largement
cultivé en Inde, au Bangladesh, en Chine, en Thaïlande, en Russie, au Myanmar, au Népal,
Ouzbékistan, Chili et Brésil (FAOSTAT). Inde et Bangladesh
se classent parmi les deux premiers pays en termes de production de jute. Au Bangladesh, le jute est
les principales cultures de rente et les produits de jute contribuent pour une part importante à

*Auteur correspondant ([email protected]) 1DNA Technologies, Gaithersburg, Maryland. 146 Islam et al.
change du pays et du #8217s (bangladeshgov.org). Jute
la culture aide à soutenir des millions d'agriculteurs dans ces deux pays seulement. Les
les variétés cultivées de jute ont évolué à partir de Corchorus olitorius L. et C.
capsularis L. par sélection conventionnelle et sélection de lignées pures (Ghosh 1983)
en fonction de leur rendement et de leurs performances agronomiques. Les fibres synthétiques ont été un
concurrence majeure sur le marché international des fibres naturelles de jute. Au cours des dernières
années la situation s'est améliorée car les fibres naturelles ne polluent pas la
l'atmosphère comme le font les synthétiques et peut aider à réduire la coupe d'arbres pour la fabrication
papier. De plus, le jute est maintenant utilisé pour fabriquer plus de valeur ajoutée
produits industriels tels que la fabrication de géotextiles (Serveurs Dédiés | Serveurs Dédiés Gérés | Hébergement Web | VPS | Liquid Web.
jute.com/geojute.html) pour la protection des digues contre l'érosion fluviale, fibre
matériaux de construction renforcés, matériaux d'emballage et dans la production de
papier. Cependant, il y a des problèmes pour augmenter la productivité et
rentabilité du jute. Parmi les défis majeurs, citons la susceptibilité des
culture de jute aux insectes nuisibles et aux maladies fongiques, sensibilité à la photopériode, mauvaise fibre
qualité et faible rendement dans des conditions de croissance défavorables telles que la salinité,
sécheresse, inondation ou froid. Relever ces défis grâce aux plantes traditionnelles
programme de sélection a des limites en raison du manque de diversité génétique parmi les
variétés de jute cultivées et incompatibilités sexuelles entre les cultivars de la
deux espèces de jute et entre chacune des deux espèces et les espèces sauvages de Corchorus.

Malgré le développement d'hybrides réussis entre deux espèces de jute, à savoir C.
olitorius et C. capsularis (Islam et Rashid 1960), il n'a pas été possible de relâcher
toute variété de la descendance avancée des croisements interspécifiques ci-dessus.
Ainsi, ces dernières années, des approches moléculaires pour améliorer les caractères agronomiques de
le jute sont considérés comme des alternatives.

Récemment, la recherche dans certaines universités du sous-continent indien a
recours à des approches moléculaires par clonage systématique et transgénique
travail. Au moyen d'une étude combinée de l'AFLP et de la RAPD, Hossain et al. (2002,
2003) à l'Université de Dhaka ont montré l'importance d'utiliser des molécules
marqueurs pour distinguer les variétés de jute tolérantes au froid et sensibles au froid
obtenu de GenBank au Bangladesh Jute Research Institute (BJRI). À l'aide de
loci de marqueurs à répétition de séquence simple (SSR) et dosage AFLP, Basu et al. (2004) à
l'Institut indien de technologie (IIT), Kharagpur, a évalué la diversité génétique
de 49 génotypes des deux espèces de jute. Plus récemment, P. K. Gupta à Charan
Université Singh, Meerat (CSUM), Inde et ses associés ainsi que le Dhaka
Une équipe universitaire dirigée par Haseena Khan a développé des SSR génomiques et déposé
les séquences dans GenBank. En développant davantage de SSR, Gupta et son équipe à
Le CSUM envisage de se lancer dans un programme de marquage génétique combiné à
la construction d'une carte de liaison cadre pour la cartographie des intervalles QTL. Dans
en plus de la recherche sur les marqueurs, procédure pour une régénération réussie (Seraj Preliminary Progress in Jute (Corchorus spp.) Analyse du génome 147
et al. 1992 Saha et al. 1999) et transformation de C. capsularis (Ghosh et al. 2002)
a été développé.

A l'Université du Texas à Austin, travaux sur la construction d'ADNc et
la bibliothèque d'ADN génomique des deux espèces de jute ci-dessus a été lancée récemment.
Comme première étape vers la réalisation de cet objectif, une méthode rapide pour l'ARN de haute qualité
l'isolement du jute a été développé dans ce laboratoire (Khan et al. 2004). Un ADNc et
des bibliothèques d'ADN génomique ont été construites dans pSMART et pBluescript
vecteurs de C. olitorius et C. capsularis, respectivement. Nous avons isolé et
fragments aléatoires séquencés dans le but de tester ces bibliothèques d'ADN
et déposé certaines des séquences dans GenBank. Cet article rapporte une analyse de
les séquences d'ADN qui montrent une homologie avec d'autres gènes végétaux, y compris celui de
Arabidopsis thaliana. Il résume les résultats de l'analyse de l'ADN sélectionné
séquences actuellement disponibles dans GenBank. Nous vous présentons les défis
rencontrés dans le clonage des gènes du jute et suggèrent des solutions possibles pour
surmonter de tels problèmes. De plus, cet article tente de mettre à jour le jute
chercheurs sur l'état actuel de la biologie moléculaire du jute et d'établir une liaison
avec toute autre équipe qui pourrait être intéressée à collaborer sur le génome du jute
projet.

Matériel et méthodes
Matières végétales et croissance : Les graines de C. capsularis var. CVL-1 et de C. olitorius var.
O4 ont été fournis par le Bangladesh Jute Research Institute grâce à la courtoisie de
Haseena Khan, Université de Dhaka. Les graines de C. olitorius ont été stérilisées en surface
avec 10 &#37 eau de Javel et incubé sur un papier filtre humide dans des boîtes de Pétri à l'intérieur d'un
incubateur à température ambiante (23&#176C). Semis de sept jours cultivés à l'intérieur
Des boîtes de Pétri ont été collectées et expédiées à DNA Technologies, Maryland pour
Isolement d'ARN et construction de bibliothèques d'ADNc. Le poids de l'échantillon était d'environ
1g. Les graines de C. capsularis ont été stérilisées en surface de la même manière et plantées
dans la serre sous un éclairage normal et laissé pousser jusqu'à la maturité des plantes.
Les jeunes feuilles des plantes matures ont été récoltées, congelées dans de l'azote liquide et
expédié à DNA Technologies, Maryland pour l'isolement et la bibliothèque d'ADN génomique
construction.

Isolement de l'ARN total : Les tissus de jute congelés ont été directement broyés dans le
Solution d'isolement d'ARN (Trizol-Invitrogen) dans l'azote liquide. Les lysats étaient
centrifugé à 10 000 &#215 g pendant 10 min pour éliminer les cellules non lysées et les contaminants.
Le surnageant a été mélangé avec 0,2 volume de chloroforme et incubé sur de la glace
pendant 15 minutes. Le mélange a été centrifugé à 10 000 &#215 g pendant 10 min et la partie supérieure
couche a été collectée. La couche supérieure a été mélangée avec un demi-volume d'isopropanol
et centrifugé pendant 30 min à 10 000 &#215 g. Le culot a été lavé avec de l'éthanol à 70 % 148 Islam et al.
et séché à l'air. L'ARN a été dissous dans de l'eau autoclavée traitée au DEPC. Un
aliquote d'ARN a été contrôlée sur gel d'agarose dénaturant.
Isolement de l'ARNm : L'ARNm de jute a été isolé de l'ARN total à l'aide d'oligo
dT cellulose. Brièvement, l'ARN total a été mélangé avec 10 ml de tampon de liaison (10
Tris mM pH 7,5, NaCl 500 mM) et chauffé à 70&#176C pendant 5 min. Les échantillons étaient
immédiatement refroidi sur de la glace pendant 5 min et mélangé avec des billes de latex oligo dT. Les
mélange a été incubé à température ambiante pendant 2 h pour permettre la
liaison de l'ARNm avec l'oligo dT. Après incubation, le mélange a été
centrifugé à 5 000 &#215g. Le culot a été lavé deux fois avec le tampon de liaison.
Maintenant, le culot a été lavé avec un excès d'un tampon à faible teneur en sel (10 mM Tris pH 7,5,
250 mM de NaCl). Cette étape a été répétée plusieurs fois pour supprimer tous les
Molécules d'ARN. L'ARNm a finalement été élue avec 10 mM de Tris pH 8,0. Un
aliquote de l'échantillon d'ARNm a été vérifiée sur gel d'agarose dénaturant.

Construction de la bibliothèque d'ADNc : Deux &#181g (microgrammes) d'ARNm ont été mélangés
avec un apprêt oligo dT (18 mer) et chauffé à 65&#176C pendant 10 min. Le mélange était
refroidi sur glace et les réactifs de synthèse d'ADNc suivants ont été ajoutés : dNTP,
Inhibiteur de RNase, tampon de synthèse d'ADNc premier brin et exposant inversé
transcriptase. Le mélange réactionnel a été incubé à 42&#176C pendant 2,5 h. La deuxième
les brins ont été synthétisés à l'aide d'un mélange de dNTP, d'ADN polymérase d'E. coli et de RNase H
dans le tampon du deuxième brin à 16&#176C pendant 2h. Après la synthèse du deuxième brin, le
les extrémités ont été polies en utilisant la polymérase Pfu à 72&#176C pendant 30 min. L'ADNc était
extrait au phénol : chloroforme : alcool isoamylique.

Ligature de l'adaptateur EcoRI, kinase des extrémités d'ADNc et fractionnement de taille de l'ADNc :
L'ADNc poli aux extrémités a été mélangé avec un adaptateur EcoRI, un tampon d'ADN ligase T4
et une concentration élevée d'ADN ligase T4. Le mélange a été incubé à 8&#176C
pendant 48h. Le mélange a été chauffé à 50o
C pendant 5 minutes. Les extrémités de l'ADNc étaient
phosphorylé (ajout de 5&#8217-phosphate) par la T4 kinase. La réaction a été
continué à 37&#176 C pendant 1 h. L'ADNc kinase a été précipité avec de l'éthanol et
Acétate de sodium 3M. L'adaptateur ligaturé ADNc a été remis en suspension dans 10 mM TE
tampon et électrophorèse sur gel d'agarose à bas point de fusion à 1 % pendant 3 h. Les
L'ADNc dans la gamme de tailles de 0,5 kb et plus a été récupéré à partir de bas point de fusion
point d'agarose par extraction au phénol phénol chloroforme et chloroforme. Les
L'ADNc a été précipité avec de l'éthanol.

Digestion du vecteur, purification et ligature d'ADNc : Pour faire la bibliothèque,
Le vecteur pSMART de Lucigen a été utilisé. Les séquences et la carte de restriction
du vecteur sont disponibles dans Advanced Products for Molecular Biology - Lucigen Corporation. Le vecteur a été digéré avec
EcoRI et traité avec de la phosphatase alcaline intestinale de veau (CIAP). Le digéré
vecteur a été purifié sur gel d'agarose. Une aliquote du vecteur digéré a été ligaturée
et utilisé pour électroporer les cellules E. coli DH10B pour tester l'efficacité de la
digestion. Après avoir obtenu des résultats positifs, l'ADNc a été ligaturé séparément dans Preliminary Progress in Jute (Corchorus spp.) Analyse du génome 149
le vecteur en présence d'ADN ligase T4 à différentes concentrations. Les
les échantillons ont été incubés à 8&#176C pendant 48 h. L'ADNc ligaturé a été précipité avec
l'éthanol et remis en suspension dans l'eau. Une aliquote des échantillons ligaturés a été
électroporation dans des cellules E. coli DH10B. Immédiatement après l'électroporation, les cellules
ont été mélangés avec du milieu SOC et laissés à récupérer pendant 1,5 h à 37&#176C. Bibliothèques
ont été centrifugés à 5000 rpm pendant 10 min. Le milieu a été jeté et le
Le culot a été remis en suspension dans un milieu SOC contenant l'antibiotique approprié
et 15 % de glycérol. Les cellules ont été étalées sur des plaques d'ampicilline LB et cultivées à
37&#176C pendant la nuit. L'ADN de colonies isolées a été isolé et criblé pour la
présence d'inserts.

Construction d'une banque d'ADN génomique : Broyeur stérile pré-réfrigéré (&#8211 80&#176C) et
pilon ont été utilisés pour broyer les jeunes feuilles de jute (C. olitorius var. O-4) jusqu'à ce que la feuille
est devenu poudreux. Cinq ml de tampon de lyse I contenant de la protéinase K ont été ajoutés à
les feuilles en poudre et le mélange ont été incubés à 37&#176C dans un agitateur
pendant la nuit avec une agitation à basse vitesse. Le matériel incubé a été centrifugé à 10 000
rpm pendant 15 min à 4&#176C et le surnageant a été collecté. Après avoir ajouté 5 ml
phénol : chloroforme : alcool isoamylique (PCI) au surnageant, il a été vortexé
et filé à 10 000 tr/min pendant 5 min. La phase aqueuse a été conservée et le sodium 3M
de l'acétate (0,3 M final) y a été ajouté. Près de 2,5 volumes d'éthanol 100% (froid)
ont été ajoutés à la phase aqueuse, le matériau a été bien mélangé et stocké à
&#821120&#176C pendant 30 min. Le culot remis en suspension a été centrifugé après que 1 ml de TE ait été
ajouté à celui-ci. L'ADN génomique a ensuite été isolé par Easy-DNA Isolation Kit
(Invitrogen, Carlsbad, CA (cf. protocole fabricant&#8217s). En bref, 350 &#181l de
solution A ont été ajoutées à l'ADN et incubées à 65&#176C pendant 10 min. Après,
150 &#181l de solution B ont été ajoutés et le mélange a été vortexé vigoureusement jusqu'à ce que
on a constaté que les précipitations se déplaçaient librement. Après avoir ajouté 500 &#181l de chloroforme à
le mélange précédent, il a été vortexé jusqu'à ce que la viscosité du matériau soit
trouvé à diminuer. L'étape suivante était la centrifugation à 14 000 tr/min pendant 20 min. À
la phase aqueuse supérieure transférée, 1 ml d'éthanol 100 % froid est ajouté,
bien mélangé et laissé à &#8211 20&#176C pendant 30 min. La centrifugation à 14 000 tr/min pendant 20
min a été répété. À la phase aqueuse supérieure transférée, 500 &#181l de froid 80%
de l'éthanol a été ajouté et centrifugé à 14 000 tr/min pendant 5 min. Le culot a été re-
suspendu dans 100 &#181l de TE contenant de la RNase. La dernière étape était l'incubation à 37&#176C
pendant 30 min et le produit incubé a été stocké à 4&#176C. La qualité du
l'ADN génomique isolé (ADNg) a été vérifié en analysant les échantillons sur 0,7%
gel d'agarose et prendre des lectures de DO à 260 nm.

Digestion par enzyme de restriction de l'ADNg et fractionnement par taille : l'ADN génomique a été
partiellement digéré par les enzymes de restriction Apo I et Sma I (Roche Diagnostics,
Indianapolis, IN) dans des tubes séparés pour la ligature avec leurs vecteurs spécifiques.
Approximativement, une quantité de 10 &#181g d'ADNg a été prise pour l'enzyme de restriction 150 Islam et al.
digestion pendant 90 min environ un tiers de l'ADNg partiellement digéré a été
retiré de la réaction de digestion et mélangé avec 10 &#181l de 0,5 M EDTA chaque
30 min, suivi de leur stockage à 4&#176C. Les trois enzymes de restriction digérées
Les fractions d'ADN ont été combinées. L'étape suivante consistait à purifier le matériel digéré
en utilisant le kit d'extraction de gel Qiagen MinElute (cf. protocole du fabricant &#8217s).

Préparation du vecteur : Sept &#181g de vecteur pBluescript SK (+/-) (www.Stratagene.
com) a été digéré deux fois avec EcoRI et SmaI (Roche Diagnostics, Indianapolis,
IN) dans des tubes séparés pour la ligature avec leurs inserts spécifiques. Bref, l'ADN
a été digéré pendant 2,5 h à la température spécifique, puis plus d'enzymes ont été
ajouté et la période de digestion a été prolongée de 2 h supplémentaires. Le digéré
L'ADN a été inactivé par chauffage à 70&#176C pendant 10 min et traité avec des crevettes
phosphatase alcaline (SAP Roche Diagnostics, Indianapolis, IN) après avoir
refroidi à température ambiante, (cf. le protocole constructeur&#8217s). Restriction-
L'ADN du vecteur digéré par l'enzyme et traité par SAP a ensuite été purifié avec PCI
suivi d'un traitement au chloroforme : alcool isoamylique (CIA), et enfin
précipité à l'éthanol. L'ADN a ensuite été re-digéré avec le même ensemble de
enzymes et le même délai que ci-dessus suivi d'un traitement SAP, purifié
avec PCI suivi de CIA et précipité avec de l'éthanol. L'ADN du vecteur a été
remis en suspension avec une quantité appropriée de H2O/TE stérile. Le contrôle qualité
(QC) des vecteurs isolés a été réalisée en exécutant les échantillons sur un 0,7%
Gel d'agarose.

Ligature et électroporation : L'ADNg digéré par ApoI a été ligaturé avec le
Le vecteur pBluescript SK (+/-) qui a été préalablement digéré avec EcoRI et le Sma I
l'ADNg digéré a été ligaturé avec le vecteur pBluescript SK (+/-) qui a été
plus tôt digéré avec Sma I, respectivement. La réaction de ligature a été faite pour 10 &#181l
et incubé pendant deux jours à 4&#176C. Deux &#181l du mélange réactionnel ligaturé ont été
ajouté à 70 &#181l de cellules compétentes Electro-10 Blue (décongelées à 4&#176C) et
électroporée dans une cuvette pré-refroidie à intervalle de 0,1 cm à 1700 volts. Un ml de SOC
a été ajouté immédiatement. Les cellules ont été transférées dans un nouveau tube de culture de 15 ml,
incubés à 37oC pendant 1 h et 100 &#181l de cellules ont été étalés sur des plaques de LB-agar
contenant de l'ampicilline. Les plaques ont été incubées à 37&#176C pendant une nuit. Le nombre
des colonies a été compté.

Contrôle qualité (CQ) de la bibliothèque : Dix colonies ont été prélevées au hasard et
cultivés en LB (+ antibiotique) pendant la nuit. QC a été effectué par enzyme de restriction
méthodes de digestion (Fig. 1) ou PCR. Une fois que les ligatures pilotes se sont avérées efficaces
(> 90% de recombinants), des ligatures à grande échelle ont été mises en place pour obtenir au moins 106
cloner. La banque entière a été récupérée dans 10 ml de SOC à 37&#176C. Cent
&#181l de la banque ont été étalés sur des plaques LB (avec de l'ampicilline). Les plaques étaient
incubé pendant la nuit. Le jour suivant, le nombre de colonies a été compté.
La banque a été centrifugée et remise en suspension dans 2 ml d'antibiotique LB. Progrès approximatifs préliminaires dans l'analyse du génome du jute (Corchorus spp.) 151
40 à 50 000 colonies ont été réparties sur chaque plaque de 150 mm. Les plaques étaient
incubé pendant la nuit. La dernière étape a consisté à aliquoter les librairies dans 1 ml
aliquoter, étiqueter chaque conteneur et les stocker à &#8211 70&#176C.

Isolement de l'ADN plasmidique : Les plasmides contenant soit de l'ADNc soit de l'ADNg
les matériaux clonés ont été isolés via une procédure de lyse alcaline par Qiagen spin
colonnes selon les instructions du fabricant et #8217s. Une fois ces plasmides isolés,
la quantité et la qualité des échantillons ont été déterminées sur la base de spectrophoto-
analyse métrique (NanoDrop). Afin d'identifier quels plasmides pourraient
contenaient des inserts d'ADNc, nous avons digéré chaque échantillon de plasmide avec EcoRV et
enzymes de restriction EcoRI puis séparé les résultats de la digestion sur 0,8%
gel d'agarose coloré au bromure d'éthidium, SyBr Green ou SyBr Gold. Les
des plasmides recombinants ont été identifiés et envoyés pour séquençage au niveau de l'ADN central
installation de séquençage à l'Université du Texas à Austin. Dès l'obtention du positif
résultats du séquençage, une recherche de nucléotides BLAST a été effectuée sur chaque échantillon dans
afin de déterminer à quels gènes les fragments étaient les plus étroitement liés. Dans
De plus, nous avons confirmé les résultats d'alignement de séquence avec le WU-
service BLAST dans TAIR (TAIR - Page d'accueil) et les résultats ont été
enregistré.

Résultats et discussion
La banque d'ADNc construite dans le vecteur de clonage pSMART (Advanced Products for Molecular Biology - Lucigen Corporation)
dans le site de restriction NotI/Blunt et maintenu de manière stable dans la cellule hôte E. coli
DH10B-T1 contenait 106 clones primaires comprenant environ 90 % de recombinants.
La taille moyenne de l'insert telle que déterminée par PCR était de 100 à 500 pb. Les inserts
étaient relativement faibles, allant de 100 à 500 pb. Les brins courts de l'ADNc
pourrait être dû à un composé inhibiteur qui aurait pu être co-purifié

Fig. 1. Résultats de la bibliothèque d'ADNg dix clones choisis au hasard digérés avec
Pvu II indiquant la présence d'inserts d'ADN dans neuf échantillons sur dix.
avec l'ARN de jute pendant le processus d'isolement. Une attention particulière pour éviter
une telle contamination peut aider dans la future synthèse et bibliothèque d'ADNc
MW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3 kpb152 Islam et al.
construction. Des clones de banque d'ADNc aléatoires ont été cultivés sur LB kanamycine et
l'ADN isolé a été séquencé.
L'ADN génomique total de C. capsularis a été utilisé dans l'ADN génomique
bibliothèque construite en pBluescript KS (Genomics Master). La génomique
la bibliothèque contenait 106 à 107 clones primaires et la taille moyenne des inserts était d'environ
100 à 1000 pb. Des clones aléatoires ont été cultivés dans de l'ampicilline LB et le plasmide
L'ADN isolé a été envoyé pour séquençage. Les séquences d'ADNc et d'ADNg ont été
utilisé pour rechercher des séquences similaires à travers le TAIR (TAIR - Page d'accueil)
site Web via WU-BLAST (Université du Wisconsin - BLAST). La séquence
l'analyse de clones choisis au hasard est résumée dans le tableau 1.

Tableau 1. Exemples de séquences d'ADN obtenues à partir de l'ADN génomique du jute et
séquences d'ADNc. Des noms de gènes répétitifs sont mentionnés ici pour illustrer le
fréquence de ces clones dans la bibliothèque.

Séq.
Non.
Résultat TAIR Score E valeur
7
AT1G68990. ARN polymérase dirigée par l'ADN,
mitochondrial
96
2.00E-18
13 AT3G41768. 18SrRNA 287 2.00E-76
14 AT3G41768. 18SrRNA 344 4.00E-93
5 ATCG00180. ARN polymérase &#946 sous-unité-1 1068 0
4 ATCG00180. ARN polymérase &#946 sous-unité-1 337 2.00E-91
9 ATCG00180. ARN polymérase &#946' sous-unité-1 1207 0
11 ATCG00180. ARN polymérase &#946' sous-unité-1 371 1.00E-101
15 ATCG00490. grande sous-unité de RUBISCO. 492 1.00E-138
3 ATCG00500. carboxytransérase &#946 sous-unité 151 3.00E-35
2 ATCG00860. protéine hypothétique 101 3.00E-20
8 ATCG00860. protéine hypothétique 898 0
10
ATCG00905. gène du chloroplaste codant pour le ribosome
protéine s12
295
8.00E-79
12 ATCG01180. ARN ribosomique 23S codé par le chloroplaste 315 9.00E-85
6 ATCG01280. protéine hypothétique 870 0
1 ARNt-Leu 161 3.00E-38

Les informations du tableau ci-dessus ont été compilées à partir de toutes les séquences
collectés de juin à novembre 2005. Toutes les séquences ont été comparées à
séquences connues dans la base de données TAIR (TAIR - BLAST) avec
introns et régions non traduites inclus (AGI Genes (+introns. +UTRs)
(ADN)). Toute séquence entrée qui a donné des séquences homologues avec un
le score maximum de 50 bits ou moins a été rejeté. Ainsi, sur 52 séquences, 37 ont été
mis au rebut. Ceux avec des scores maximums supérieurs à 50 bits ont été analysés plus avant. Les
les scores et les valeurs d'erreur pour les séquences homologues ont été enregistrés. Les
le score le plus élevé pour chaque séquence d'entrée a été noté. L'emplacement probable du
gènes d'intérêt, leur placement dans le chromosome et la protéine spécifique
codé par chaque gène individuel ont également été pris en compte.Analyse des progrès préliminaires dans le jute (Corchorus spp.) Analyse du génome 153
les séquences ont révélé la séquence d'ADN partielle de trois protéines hypothétiques,
ARN polymérase &#946 sous-unité-1, ARNr 18S, ARN dirigé par l'ADN mitochondrial
polymérase, sous-unité carboxytransférase &#946 et ARNt-Leu. Comme mentionné ci-dessus
une séquence de bases partielle connue de la liaison à l'ATP du transport putatif du phosphate
gène de la protéine, les cds partiels ont été déterminés chez C. capsularis var. CVL-1.
La soumission anticipée à GenBank (Centre national d'information sur la biotechnologie) de
les séquences de bases d'ADN de l'espèce Corchorus étaient celles de C. olitorius de Harvard
University Herbaria, MA, États-Unis (Alverson et al. 1999). Au cours de la prochaine
quatre ans, ce groupe (Whitlock et al. 2003) travaillant à l'Université de
Massachusetts, Amherst a publié des séquences partielles de bases d'ADNc de NADH
gène de la déshydrogénase (ndhF) d'un certain nombre d'espèces sauvages de Corchorus, à savoir C.
sidoides, C. bricchettii, C. argutus, C. siliquosus ainsi que les espèces productrices de fibres, C.
olitorius et C. capsularis. Sur la base de la similitude de la séquence de bases de ndhF
gène, Whitlock et al. (2003) ont suggéré que Oceanopapaver neocaledonicum soit
transféré à Corchorus.

Deux autres soumissions importantes à GenBank ont ​​été faites par Basu et al. (2003) à
l'Institut indien de technologie, Kharagpur. En travaillant avec C. capsularis, ils
déterminé la séquence d'ADNc complète de la caféoyl-CoA-O-méthyltransférase et
l'alcool cinnamylique déshydrogénase qui sont deux des trois gènes impliqués dans
biosynthèse de la lignine. Récemment, Liu et al. (2005) à l'Université de médecine chinoise,
Taïwan déposé à la GenBank, séquence de bases du gène de l'ARN ribosomique 18S
de C. olitorius et C. capsularis ainsi que celle de C. aestuans var. brevicaulis, un sauvage
Espèce de Corchorus de Taïwan. Un arbre phylogénétique a été construit comprenant
plusieurs espèces de Corchorus et Gossypium robinsonii. Séquences nucléotidiques de
L'ARNr 18s des quatre plantes a été comparé à l'aide d'un clustalw multiple
alignement (Multiple Sequence Alignment - CLUSTALW) en téléchargeant un fichier Fasta du nucléotide
séquences dans le site clustalw. Après l'alignement, un arbre phylogénétique a été
construit à l'aide du site clustalw à partir de la page de score d'alignement. L'arbre du NJ
format a été utilisé.


Fig. 2. Arbre phylogénétique d'espèces sélectionnées de Corchorus et Gossypium robinsonii
basé sur des séquences de gènes d'ARNr 18S.

L'arbre phylogénétique montre que Gossypium et Corchorus ont divergé d'un
ancêtre commun et que toutes les espèces de Corchorus sont plus étroitement apparentées à
C._capsularis
C._olitorius

Cossypium_robinsonii 154 Islam et al.
entre eux qu'à Gossypium. De plus, l'arbre montre que C. capsularis et
C. olitorius sont plus étroitement apparentés que chacune de ces deux espèces à C. aestuans.
Ainsi, les données moléculaires présentées dans cet article sont en accord avec les
classification taxonomique actuelle et les relations croisées entre les différentes
Espèce de Corchorus telle que rapportée par le premier auteur (Islam 1958). Cette phylogénétique
arbre basé sur des séquences d'ARNr 18S doit être comparé en tenant compte
considération de caractères moléculaires similaires avant qu'un arbre de consensus ne soit
généré.

L'équipe conjointe dirigée par P.K. Gupta à l'Université Charan Singh, Meerat, Inde
et Haseena Khan à l'Université de Dhaka, Bangladesh soumis à GenBank
Séquences de bases d'ADN de marqueurs SSR dans 195 accessions de C. olitorius. Ces
des marqueurs ont été utilisés pour distinguer les accessions tolérantes au froid des
les sensibles. Les séquences SSR soumises à Genbank
(BLAST: Basic Local Alignment Search Tool) par Sharma et al (2005) ont été récupérés
et entré dans le site Web de TAIR (TAIR - Page d'accueil) pour vérifier l'homologie avec
séquences chez d'autres espèces végétales, notamment le génome d'Arabidopsis thaliana.
La recherche WU-BLAST devait inclure les introns et les UTR (AGI Genes
(+introns, +UTRs) (ADN)). Les séquences qui ont donné une homologie significative ont été
enregistré. Dans certains cas, une séquence a montré une homologie avec plusieurs
séquences dans d'autres taxons végétaux, auquel cas la séquence avec le score le plus élevé
a été sélectionné et enregistré. Dans le cas de séquences multiples ayant le même
score, celui avec la valeur E la plus faible a été sélectionné et enregistré. N'importe quelle séquence
qui a renvoyé des correspondances avec un score maximum de 50 bits ou moins a été enregistré comme
&#8220Aucun hit.&#8221

Tableau 2. Résumé de l'analyse des séquences de jute SSR
par Sharma et al. (2005) publié dans la GenBank.

Valeur E du score de fréquence des gènes
Nucléaire 79 197 à 2074 0,79 à 2,7E-88
Mitochondriale 6 308 à 2310 6,9E-12 à 2,6E-122
Choloroplaste 3 596 à 1550 3,1E-21 à 7,6E-65
107 non identifié

Sur les 195 séquences analysées, 79 ont montré une homologie avec l'ADN nucléaire avec
scores allant de 197 à 2074, six ont montré une homologie avec l'ADN mitochondrial
avec des scores allant de 308 à 2310, trois ont montré une homologie avec le chloroplaste
L'ADN avec des scores allant de 596 à 1550, et 107 n'étaient pas identifiés.
Les banques d'ADN ont été réalisées à partir d'ARNm extraits de feuilles de jeunes
plantules des deux espèces de jute. Jusqu'à présent, les résultats soumis à GenBank sont
séquences partielles d'ADNc de la protéine putative de liaison à l'ATP du transport du phosphate
gène de C. capsularis var. CVL-1 (N° d'accès DQ151661) et génomique partielle
séquences de bases du gène d'ARN ribosomique 18S de C. olitorius var. O4 (numéro d'accession
DQ151662). Étude des séquences d'ADN génomique sélectionnées au hasard d'inserts Progrès préliminaires en Jute (Corchorus spp.) Analyse du génome 155
ont indiqué qu'ils représentent des séquences partielles des éléments suivants : ARN
sous-unité polymérase &#946, ribosomal 23S codé par le chloroplaste, gène du chloroplaste
codant pour ribosomal s-12, ARN polymérase dirigée sur l'ADN, mitochondrial
sous-unité carboxytransférase &#946 et trois protéines hypothétiques. Ces séquences
sera bientôt soumis à GenBank.

Il convient de faire preuve de prudence dans le déchiffrement des séquences de bases génomiques de
Corchoeur. L'enregistrement des séquences nucléotidiques à Corchrous dans l'émission GenBank
que la majorité des auteurs n'ont pas donné les noms du cultivar associé à
les deux espèces productrices de fibres. Il s'agit d'une omission importante car une grande
quantité de différences existent entre les cultivars des deux espèces de Corchorus dans
traits à la fois morphologiques et physiologiques qui ne manqueront pas de se refléter dans
leurs profils ADN.

L'objectif ultime de la présente étude était de construire un
Les bibliothèques d'ADNc et d'ADN génomique de C. olitorius et de C. capsularis de sorte que le
les gènes d'intérêt peuvent être clonés et utilisés pour transformer des cultivars de jute afin d'obtenir
produits industriels à valeur ajoutée. Étant donné que cette tâche énorme ne peut être entreprise
sans financement adéquat et sans collaboration avec des institutions disposées à travailler sur
une culture tropicale, nous avons étudié l'ADNc partiel et l'ADN génomique
bibliothèques à une échelle limitée. Jusqu'à présent, les gènes que nous avons isolés sont soit
gènes chloroplastiques, ribosomiques ou mitochondriaux ou les enzymes qui résident dans
ces structures. La principale raison de l'obtention de gènes à partir des organites ci-dessus
seul est que l'ADN a jusqu'à présent été isolé à partir de jeunes feuilles qui contiennent
nombreux chloroplastes et mitochondries, et ces gènes sont plus abondants
que d'autres. Aucun effort n'a été fait jusqu'à présent pour sélectionner des fragments d'ADN uniques. Futur
l'analyse impliquera le criblage de la bibliothèque actuelle avec des sondes de ces
gènes abondamment exprimés pour éviter un séquençage répété. Aussi, bon nombre des
les séquences sont partielles et les séquences complètes doivent être isolées par clonage
L'ADNc se termine. Une étude plus approfondie vise à collecter du matériel approprié dans d'autres parties de
la plante telle que la jeune tige, le tissu d'écorce et les racines pour cloner les gènes contrôlant
de nombreux traits importants d'importance agronomique, y compris ceux qui confèrent
résistance aux insectes, aux agents pathogènes fongiques et viraux, et ceux pour la régulation de la lignine
biosynthèse. Les stratégies de séquençage aléatoire et de clonage sélectif seront
employé. De plus, des promoteurs spécifiques aux tissus seront également clonés pour
amélioration génétique potentielle. Étant donné que l'analyse complète du génome du jute est un
effort, une collaboration internationale entre les scientifiques de l'Inde,
Le Bangladesh, les États-Unis et d'autres pays sont essentiels pour aider à accomplir cette tâche.
Les clones et les séquences doivent être mis à disposition pour l'amélioration génétique
de jute pour en fin de compte profiter aux millions de cultivateurs de jute à long terme.

Les auteurs remercient le professeur Haseena Khan et Samuil Haque de Dhaka
Université du Bangladesh pour avoir fourni des graines de jute avec des produits phytosanitaires appropriés
certificat. Ils remercient Ray Neubauer, Thomas Garrad, Mohamad Wazni,
Lindsay Stone et Nabila Anwar qui les ont aidés avec l'ADN plasmidique 156 Islam et al.
l'isolement et le travail en laboratoire. Sincères remerciements à Dena Sutton et ses associés
pour avoir aidé à faire pousser des plantes de jute dans la serre de l'Université
du Texas à Austin. Enfin, ils expriment leur gratitude à l'Université CoOp
et l'Université du Texas à Austin pour avoir soutenu la recherche de premier cycle
programme de bourses sans lequel la présente recherche n'aurait pu être
entrepris.

Les références

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