Régulation et évolution fonctionnelle après duplication génétique – EVOGENDUP

Nous utilisons la mouche drosophile et ses espèces proches comme modèles d’étude pour comprendre comment les génomes ont été façonnés au cours de l’évolution. Nous pouvons introduire chez la drosophile des séquences génomiques d’autres espèces et visualiser leur activité dans l’organisme entier : la fonction de l’ADN se traduit ainsi en images que nous pouvons comparer pour saisir les changements qui se sont produits lors de l’évolution.

Nous avons analysé chez les drosophiles le parcours évolutif suivi par une famille génique que nous avons sélectionnée comme modèle d’étude. Les multiples membres de cette famille de gènes on apparu suite à plusieurs évènements ponctuels de duplication génique. Après chaque événement, les deux nouvelles copies on divergé et adopté des nouvelles fonctions. Nous avons pu montrer que cette divergence fonctionnelle se fait en général de façon asymétrique, avec une copie qui assume les rôles du gène ancestral et une copie qui se trouve du coup libre pour assumer des nouvelles fonctions et qui diverge rapidement. Nous analysons au présent les changements moléculaires qui ont déterminé ce processus de divergence à niveau des séquences d’ADN des deux copies.

La structure fine et, par conséquence, le fonctionnement des génomes de tous les êtres vivants est le résultat de processus historiques et contingents qui demeurent largement méconnus. L’aspect plus important de la recherche fondamentale que nous menons est d’imaginer et développer des systèmes expérimentaux concrets où commencer à décortiquer les mécanismes profonds qui modèlent nos génomes au cours du temps. Notre travail permet ainsi d’élargir notre compréhension des codes biologiques qui permettent la traduction d’une information contenue de forme linéale dans l’ADN en structures, dimensions et fonctions biologiques.

Nous avons déjà publié dans un journal scientifique une partie de nos découvertes plus récentes ! Cette publication est accessible à tout le public en cliquant sur le lien suivant :
mbe.oxfordjournals.org/content/32/7/1730.long
Bonne lecture !

La grande quantité de gènes paralogues (familles gèniques) que l'on observe dans tous les génomes est la signature des nombreux événements de duplication génique qui ont eu lieu au cours de l'évolution. Il a été postulé que «seulement quand un gène redondant a été créé par dédoublement, il peu se permettre d’accumuler des mutations jusque-là interdites et émerger comme un nouveau gène avec une nouvelle fonction» (Ohno, 1970). Ainsi, savoir comment la duplication des gènes et sa divergence ultérieure contribuent à l’apparition de nouveautés et à l'adaptation génétique est devenu un sujet d’actualité dans le champ des études évolutifs. Ceci n'est pas seulement à cause du rôle des duplications géniques en tant que catalyseurs de l'innovation génétique, mais aussi parce que notre compréhension croissante des réseaux de gènes et de leur logique intrinsèque est petit à petit en train de montrer que des nombreuses propriétés de ces réseaux, tels que la redondance, la cooptation et la modularité sont toujours étroitement liées à des événements de duplication.
Ce n’est donc surprenant d’observer depuis plus de 30 ans qu’un intense débat s’est installé autour de la question de savoir comment la divergence des nouveaux paralogues issus d’une duplication contribue à l’apparition de nouveautés évolutives et à l'adaptation. Cependant, nous remarquons qu’alors que de nombreux développements théoriques ont permis d’enrichir la discussion, seulement une poignée d’approches expérimentales ont joué un rôle de premier plan dans ce débat.
Nous proposons donc une nouvelle contribution expérimentale à cette discussion, en nous focalisant sur l'analyse d'un ensemble réduit de nouveaux paralogues apparu dans la lignée des diptères au cours de l'évolution. Nous entretenons le double objectif de caractériser les nouveaux rôles de ces paralogues (leurs destins fonctionnels) et d’analyser leurs séquences promotrices afin d’étudier comment ont-il divergé: le tout dans un système modele qui se prête aussi bien à l'analyse génétique que à l’étude des séquences cis-régulatrices, la mouche Drosophila melanogaster. Pour cela, nous avons choisi de nous concentrer sur une nouvelle famille de gènes paralogues récemment décrits par notre équipe et présents chez la drosophile, les protéines dites à Domaine Trois Doigts (DTD) qui codent pour différentes protéines ancrées à la membrane par une moitié GPI et ils ont en commun la présence d’un motif extracellulaire conservé appelée justement DTD.
Les travaux préliminaires effectués par les deux groupes impliqués dans cette proposition ont permis d'abord de caractériser l'histoire évolutive des différents paralogues DTD dans le lignage des diptères et, d'autre part, d'établir que leurs profils d'expression ont subi des changements considérables après leur duplication. Ainsi, ce dispositif expérimental constitue un système prometteur pour étudier l'évolution cis-régulatrice, permettant une évaluation directe des processus tels que la dégénérescence / conservation et / ou la cooptation de certains modules de régulation. En parallèle et en utilisant le grand arsenal des ressources génétiques et techniques disponibles chez la drosophile, nous allons également procéder à une analyse fonctionnelle des ces différents paralogues, afin d'établir leurs rôles cellulaires pendant le développement.
Cette combinaison d’études structurels (analyse de la séquence) et fonctionnels (expression de gènes / analyse de mutants) fourniront des données précieuses nous permettant d’inférer les chemins évolutifs entrepris par chaque gène dupliqué, à savoir leur subfunctionnalisation et / ou. leur neo-fonctionnalisation. En outre, nous attendons que cet ensemble de données sera aussi adapté pour mieux comprendre la nature et la genèse de certaines des propriétés fondamentales de la régulation gènique et sa logique structurelle, tels que la modularité, le partage de modules regulateurs et l’apparition des processus de cooptation.