Qu’est-ce qui fait un mammifère ?

Les loups qui courent, les chauves-souris volantes et les dauphins qui nagent semblent avoir peu en commun. Mais ces animaux très différents appartiennent à au moins 240 espèces de mammifères – y compris les humains – qui partagent 10 % de leurs génomes. Cette découverte comprend plus de 400 000 morceaux d’ADN jamais reconnus auparavant qui contrôlent probablement la façon dont les gènes – les segments de matériel génétique qui codent pour les protéines – fonctionnent réellement. Les zones nouvellement analysées ont été mises en évidence dans des publications publiées aujourd’hui Science a détaillé la première tentative de comparaison directe de 240 séquences de génomes de mammifères. La nouvelle base de données de la collaboration, appelée Zoonomia, a également identifié des parties du code ADN qui confèrent à certains mammifères des capacités extraordinaires, telles que l’hibernation ou la capacité de sentir des odeurs à des kilomètres de distance.

Jusqu’à présent, la plupart des études portant sur les génomes de mammifères utilisaient le génome humain comme référence pour comprendre comment le génome d’une espèce animale s’articule et comment il évolue. Mais ce critère n’est utile que si les séquences d’ADN humain sont similaires à celles de l’animal. Les animaux ayant des adaptations ou des caractéristiques non humaines spécifiques, telles que l’hibernation, peuvent ne pas avoir de similitudes génétiques avec les humains.

Pour contourner ce problème, des dizaines de chercheurs du projet Zoonomia, menés par les génomiques Elinor Karlsson du Massachusetts Institute of Technology et du Broad Institute de l’Université de Harvard et Kerstin Lindblad-Toh de l’Université d’Uppsala en Suède, ont collecté les séquences du génome de 240 mammifères. espèces, y compris les humains et deux races de chiens domestiques. Eux et leurs collaborateurs les ont exécutés grâce à un algorithme comparant tous les génomes les uns aux autres.

L’alignement des génomes de cette manière a permis aux chercheurs de repérer les similitudes et les différences entre les espèces, même si les espèces en question n’étaient que de loin apparentées. Par exemple, certaines espèces de chauves-souris hibernent comme un ours, contrairement à d’autres espèces proches. L’alignement du génome a révélé des régions d’ADN partagées uniquement entre les ours, les chauves-souris et d’autres hibernants. Ces régions contenaient des gènes impliqués dans la régulation de la température, le métabolisme et la réparation des neurones endommagés.

Les chercheurs ont également trouvé des similitudes entre les espèces animales dotées d’un odorat développé. Ils ont découvert que les rongeurs ont tendance à avoir le plus de gènes pour les protéines réceptrices olfactives qui captent les odeurs. Mais même le rongeur le plus reniflant, l’agouti d’Amérique centrale, avait moins de gènes olfactifs que les trois autres espèces. Avec 4 199 gènes dédiés à l’odorat, l’éléphant de savane africaine possède le plus de tous les animaux. Les chercheurs ont également découvert que les animaux qui vivent seuls ont tendance à avoir plus de gènes olfactifs que les animaux qui vivent en groupe. Cela peut être dû au fait que les animaux solitaires ont besoin de meilleures capacités pour détecter les prédateurs et les proies, car ils ne peuvent pas dépendre d’un réseau de partenaires pour les avertissements.

Avec 240 génomes à comparer, les chercheurs ont pu voir où les régions du code ADN étaient identiques entre les espèces de mammifères. Ces régions conservées sont susceptibles d’être très importantes pour la survie des mammifères car elles les ont conservées tout au long de leur évolution.

Selon certaines estimations antérieures, seulement 3% du génome humain était similaire aux génomes de tous les autres mammifères. Mais lorsque l’équipe de Zoonomia a recherché des similitudes, elle a découvert que 10,7 % du génome humain ressemblait à nos compatriotes mammifères. Et remarquablement, seulement 20% de ces régions conservées se trouvaient dans des parties de gènes codant pour des protéines. La plupart des régions conservées se trouvaient dans d’autres régions du chromosome qui pourraient affecter la façon dont différents gènes sont activés ou désactivés, ou leur niveau d’activité. Ces soi-disant éléments régulateurs peuvent affecter l’expression des gènes de plusieurs façons : ils peuvent plier le brin d’ADN pour aider la machinerie cellulaire à se lier au gène et éventuellement produire plus de protéines, par exemple.

Les chercheurs ont trouvé 423 586 éléments régulateurs potentiels, qu’ils appellent des régions restreintes intergéniques non annotées (UNICORN). Beaucoup d’entre eux sont situés à proximité de gènes qui influencent la façon dont les animaux interagissent avec leur environnement, tels que le développement de la peau et la capacité à s’adapter aux changements. Lindblad-Toh dit que les licornes affectent presque certainement la régulation des gènes d’une manière qui n’est pas encore comprise.

Ces UNICORN n’ont jamais été identifiées auparavant, même dans de grandes collaborations scientifiques qui ont examiné en profondeur des centaines de milliers de génomes humains. « Nous n’avions pas besoin de perfection ; nous avions juste besoin d’un grand nombre d’espèces à des fins de comparaison », explique Karlsson.

David Kingsley, biologiste du développement à l’Université de Stanford qui n’a pas participé à l’étude, affirme que l’alignement des génomes peut en dire beaucoup plus sur la génétique et la biologie d’une espèce que l’étude de chaque espèce individuellement, du moins dans un premier temps. « Il profite de toutes ces expériences dans la nature, qui sont beaucoup plus importantes que les expériences faites par les humains », dit-il. Il espère que les biologistes utiliseront ces informations pour creuser encore plus profondément dans l’ADN régulateur qui est important pour déterminer le comportement et les adaptations des espèces.

Selon Karlsson, le défi consiste maintenant à mieux comprendre la physiologie et le comportement des espèces animales, afin de mieux identifier leurs similitudes génétiques. « Quelqu’un doit étudier 240 espèces pour savoir si elles hibernent et quelle est la taille de leur cerveau », dit-il. Lui et Lindblad-Toh prévoient d’ajouter des génomes de primates à la base de données, ce qui leur permettra de mieux déterminer comment les humains ont évolué. Mais les découvertes les plus importantes les accompagnent alors que d’autres scientifiques commencent à étudier la génétique de leurs espèces préférées. Parce que les génomes de la plupart des mammifères n’ont pas été entièrement séquencés, en particulier les parties qui ne sont pas dans les gènes, la base de données Zoonomy peut combler de nombreuses lacunes et permettre aux chercheurs de poser de nouvelles questions.

« C’est une ressource vraiment incroyable qu’ils ont créée », déclare Nathan Clark, un génomique évolutionniste à l’Université de l’Utah qui n’a pas participé à l’étude. Il dit que la base de données est utile pour des groupes comme le sien qui s’intéressent à une espèce particulière ou à des caractéristiques telles que la longévité, une vision incroyable et la capacité de vivre haut. « Ce n’est que le début », dit Clark.

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