Mélanie Thomas
La danse de la petite raie au fond de l’océan est gracieuse : ses massives nageoires frontales ondulent lorsqu’elle effleure une couche de sable. Avec son camouflage couleur sable tacheté, l’animal est facile à manquer.
Des scientifiques du Max Delbrück Heart à Berlin, du Centre andalou de biologie du développement (CABD) à Séville et d’autres laboratoires aux États-Unis ont découvert remark la raie a fait évoluer ces nageoires en forme de cape en examinant leur ADN. Ils ont découvert que la clé de l’évolution des nageoires de patin ne réside pas dans les régions codantes de son génome, mais plutôt dans les bits non codants et les complexes tridimensionnels dans lesquels il se replie. Ces buildings 3D sont appelées “domaines topologiquement associés” (TAD).
Généticien au Centre Max Delbrück et l’un des principaux auteurs de l’étude.
“Bien que nous ayons découvert il y a quelque temps que des modèles d’expression génique uniques établissent des nageoires de patin exceptionnellement larges, les changements réglementaires sous-jacents dans le génome étaient auparavant inconnus”, explique le co-auteur, le Dr Tetsuya Nakamura, biologiste du développement à l’Université Rutgers.
Il y a moreover de 450 tens of millions d’années, le génome d’un poisson primitif – l’ancêtre de tous les animaux vertébrés – s’est dupliqué deux fois. L’expansion du matériel génétique a entraîné l’évolution rapide de as well as de 60 000 vertébrés, y compris les humains. L’un de nos cousins vertébrés les in addition éloignés est la petite raie (Leucoraja erinacea), qui appartient à une lignée de poissons cartilagineux qui comprend les requins et les raies. Ces cousins éloignés sont des organismes idéaux pour en apprendre davantage sur l’évolution des features qui ont fait de nous des humains, comme les appendices appariés. “Les raies sont des poissons cartilagineux appelés Chondrichtyens. Ils sont considérés comme furthermore similaires aux vertébrés ancestraux”, explique le Dr Christina Paliou, biologiste du développement au CABD et l’un des premiers auteurs. “Nous pouvons comparer les caractéristiques des raies avec d’autres espèces et déterminer ce qui est nouveau et ce qui est ancestral.”
Une époque passionnante pour la génomique évolutive
Ainsi que d’autres collaborateurs. Gómez-Skarmeta était intéressé à apprendre remark les génomes évoluent structurellement et fonctionnellement pour favoriser l’apparition de nouveaux attributes. “Dans une huge mesure, l’évolution est l’histoire de la modification de la régulation de l’expression des gènes au cours du développement”, a-t-il déclaré en 2018.
L’ADN se replie en structures 3D appelées TAD, qui contiennent des gènes et leurs séquences régulatrices. Ces constructions 3D garantissent que les gènes appropriés sont activés et désactivés au bon instant, dans les bonnes cellules.
Le Dr Rafael Acemel, généticien au Centre Max Delbrück et l’un des premiers auteurs, a réalisé des expériences utilisant la technologie Hello-C, pour élucider la structure 3D des TAD. Mais l’interprétation des résultats était difficile au début vehicle les scientifiques avaient besoin du génome complet du patin comme level de référence. “À l’époque, la référence consistait en des milliers de petits morceaux de séquence d’ADN non ordonnés, ce qui n’a pas aidé”, explique Acamel.
Pour surmonter cette difficulté, les scientifiques ont utilisé la technologie de séquençage à lecture longue, ainsi que les données Hi-C, pour assembler les pièces de l’ADN comme un puzzle et attribuer les séquences non ordonnées aux chromosomes de skate. Avec la nouvelle référence, l’assemblage de la composition 3D des TAD à l’aide de Hello-C est devenu trivial.
Ils ont comparé ce génome de raie amélioré avec les génomes des mothers and fathers les additionally proches, les requins, pour identifier tout TAD modifié au cours de l’évolution de la raie. Ces TAD modifiés comprenaient des gènes de la voie Wnt/PCP, qui est importante pour le développement des nageoires. Il y avait également une variation spécifique au patin dans une séquence non codante près des gènes Hox, qui régulent également le développement des nageoires. “Cette séquence spécifique peut activer plusieurs gènes Hox dans la partie avant des nageoires, ce qui ne se produit pas chez d’autres poissons ou animaux à quatre pattes”, explique Paliou. Par la suite, les scientifiques ont réalisé des expériences fonctionnelles qui ont confirmé que ces changements moléculaires aidaient les patins à faire évoluer leurs nageoires uniques.
Les TAD sont le moteur de l’évolution
Des recherches antérieures ont montré que des changements dans les TAD peuvent affecter l’expression des gènes et provoquer des maladies chez l’homme. Dans cette étude, les scientifiques montrent un rôle des TAD dans la conduite de l’évolution qui a également été noté précédemment pour les taupes.
“Je pense que c’est une découverte passionnante auto elle suggère que la construction 3D du génome a une influence sur son évolution.”
Les TAD sont importants pour la régulation des gènes, 40% d’entre eux sont conservés chez tous les vertébrés, explique Acemel. “Cependant, 60 % des TAD ont évolué d’une manière ou d’une autre. Quelles ont été les conséquences de ces changements sur l’évolution des espèces ? Je pense que nous ne faisons qu’effleurer la area de ce phénomène passionnant”, déclare Acemel.
“En ajoutant ces nouvelles couches d’expression génique, de régulation génique et d’organisation de la chromatine 3D, le domaine de la génomique évolutive entre dans une nouvelle ère de découverte.”
