La « boîte à outil » génétique de la sélection naturelle

Un nouveau pas a été franchi dans la compréhension de la sélection naturelle. Des chercheurs du CNRS, travaillant à l'Institut de biologie de l'Ecole normale supérieure (CNRS/ENS/Inserm), viennent de montrer que l'homme et certains de ces cousins primates partagent une « boîte à outil » génétique commune, c'est–à-dire un jeu de gènes sur lesquelles la sélection naturelle a eu souvent tendance à agir au cours des derniers 200 000 ans. Cette étude permet aussi d'isoler un groupe de gènes qui nous distingue de nos cousins les grands singes. Elle est publiée dans la revue PloS Genetics (édition du 26 février 2010).

Au cours de l'évolution, les espèces vivantes s'adaptent à leurscontraintes environnementales, selon le mécanisme de la sélectionnaturelle : lorsqu'une mutation avantageuse pour la survie (et lareproduction) d'un individu apparaît dans le génome, elle se répand dans lereste de l'espèce jusqu'à être portée, au bout de plusieurs centaines, voireplusieurs milliers de générations, par tous les individus de l'espèce. Cettesélection, qui se produit sur un gène précis, dans le génome d'une espèce, seproduit-elle aussi sur le même gène chez les espèces voisines ? Sur queljeu de gènes la sélection naturelle a-t-elle spécifiquement agi pour chaqueespèce ?

Les chercheurs de l'équipe Dynamique et organisation desgénomes, à l'Institut de biologie de l'Ecole normale supérieure(CNRS/ENS/Inserm) ont étudié le génome de l'homme et de trois autres primates(chimpanzé, orang-outan et le macaque) grâce à des outils bioinformatiques.Leur travail a consisté à comparer ces génomes entiers pour identifier lesgènes sélectionnés au cours des derniers 200 000 ans dans chaque espèce. Résultat :quelques centaines de gènes ont été récemment sélectionnés chez chacune de cesespèces. Parmi eux, environ 100 gènes détectés chez l'homme sont partagés pardeux des trois autres espèces, soit deux fois plus qu'attendu du simple fait duhasard[1].Ainsi, une proportion non négligeable de gènes impliqués dans l'adaptation chezl'homme l'a aussi été chez le chimpanzé, l'orang-outan ou le macaque, etparfois dans plusieurs lignées à la fois. La sélection naturelle n'agit passeulement en éloignant les différentes espèces les unes des autres à mesure quede nouveaux caractères apparaissent. Elle peut aussi faire apparaître un mêmecaractère chez des espèces ayant déjà divergé les unes des autres[2],mais ayant un génome encore assez proche, en agissant sur le même gène.

Cette étude permet aussi de mieux cerner le groupe de gènesspécifiquement mis en jeu au cours de l'évolution chez l'homme (pendant lesderniers 200 000 ans), puisque l'on sait maintenant lesquels n'ont étésélectionnés dans aucune autre lignée de primates. C'est le cas déjà bienconnu, et que cette étude confirme, du gène de la lactase, qui permet demétaboliser le lactose du lait à l'âge adulte (avantage certain avecl'apparition de l'agriculture et de l'élevage). Les chercheurs ont égalementidentifié un groupe de gènes impliqués dans certaines fonctions neurologiqueset dans le développement des muscles et du squelette.

Le niveau devariabilité comme indicateur de la sélection

Jusqu'à présent,l'identification des gènes sélectionnés nécessitait de travailler sur lesgénomes de plusieurs dizaines d'individus suivant des méthodes statistiques.Elle n'avait été réalisée que chez l'homme. Les chercheurs ont mis au point uneméthode ne nécessitant de disposer du génome que d'un seul individu. Elle estfondée sur la recherche des régions du génome très pauvres en polymorphismeallélique. Explications : chaque gêne est présent dans le génome en deuxexemplaires, que l'on appelle allèles (un sur chaque chromosome) et qui ne sontpas parfaitement identiques : il existe un certain polymorphisme.Lorsqu'une mutation avantageuse se produit et qu'elle se répand dans toute lapopulation, le génome de chaque individu devient identique dans la régionentourant le gène concerné. Le polymorphisme est alors très faible[3] :une mutation avantageuse a été sélectionnée au détriment de la variabilitélocale du génome.

Reste à déterminer, à l'aide d'un plus grand nombre degénomes de primates, l'étendue de ce phénomène en termes de gènes et defonctions biologiques. En incluant d'autres espèces de vertébrés dans l'étude,il sera également possible de déterminer si nous partageons des événementsadaptatifs avec les rongeurs, les oiseaux ou les poissons, comme semblent déjàle suggérer quelques observations isolées.



[1] Ce résultat est même probablementsous-évalué, du fait du « bruit de fond » que génère la méthodeemployée.

[2] Par exemple, la résistance àcertains virus chez les primates

[3] Les chercheurs travaillent sur lerapport entre polymorphisme (nombre de bases différentes entre les 2allèles) et divergence avec une espècevoisine (nombre de bases différentes avec cette espèce), ce afin de s'assurerque le faible polymorphisme n'est pas dû à une autre cause qu'une mutationavantageuse.


Références :

Enard, D., Depaulis, F., Roest Crollius, H. (2010) Human and non-human primate genomes share hotspots of positive selection. Plos Genetics 6(2): e1000840. doi:10.1371/journal.pgen.1000840

Contacts :

Chercheur CNRS l Hugues Roest Crollius l T 01 44 32 23 70 l hrc@ens.fr
Presse CNRS l Claire Le Poulennec l T 01 44 96 49 88 l claire.le-poulennec@cnrs-dir.fr