Le génome accessoire n’est pas si fortuit !
La régulation de l’expression des gènes est une étape essentielle reliant le génotype (information portée par le génome d’un individu) et le phénotype (ensemble des caractères observables). Cependant, on sait très peu de choses sur la régulation des gènes et notamment sur son origine génétique à l’échelle de la population. Saccharomyces cerevisiaeou levure de boulanger, est un organisme modèle de choix pour ce type d’étude en raison de la petite taille de son génome (12 Mb, soit ~300 fois plus petit que le génome humain) et de sa grande diversité génétique entre les individus au sein de l’espèce (0,8% en moyenne, ~10 fois plus élevée qu’entre les humains). À l’aide de plus de 1000 isolats naturels de cette levure, les chercheurs ont déterminé le transcriptome (c’est-à-dire le niveau d’expression de tous les gènes présents dans un génome) de chaque isolat de cette large population et ont procédé à une analyse de l’ensemble de ces données. Elles contiennent les niveaux d’expression des gènes du génome central, représentant 4977 gènes qui sont invariablement présents dans tous les isolats, ainsi que celui de 1468 gènes du génome accessoire, présents uniquement dans certains isolats. En examinant le schéma d’expression de ces deux ensembles de gènes, les scientifiques ont découvert que les gènes accessoires, comparés aux gènes centraux, représentent un facteur clé sous-estimé de variation de l’expression des gènes au niveau de l’espèce.
Dans cet article publié dans la revue Génétique naturelleLes scientifiques montrent également que le paysage transcriptionnel correspond à une architecture à deux niveaux. Tout d’abord, un réseau de co-expression de 1797 gènes montre une expression coordonnée de certains gènes à travers différents isolats, reflétant ainsi l’organisation fonctionnelle (processus biologiques) et topologique (organites et autres structures subcellulaires) de la cellule. Ce réseau de co-expression, conservé à l’échelle de la population, représente le niveau central du paysage transcriptionnel de l’espèce.
Deuxièmement, certains gènes différentiellement exprimés sont souvent spécifiques à différentes sous-populations et mettent en évidence des signatures liées à des adaptations, principalement liées aux processus de domestication qui ont jalonné cette espèce. Par exemple, des gènes impliqués dans le métabolisme du galactose sont spécifiquement surexprimés dans des souches isolées de produits laitiers comme le fromage, et d’autres gènes impliqués dans l’utilisation du maltose (sucre des grains de maïs et d’orge) sont surexprimés dans des souches isolées de bières. Au total, 2209 gènes sont exprimés différentiellement selon les sous-populations.
Enfin, grâce à des analyses d’association pangénomique (plus communément appelées GWAS pour « Genome-Wide Association Studies »), la liste des variants génétiques ayant un impact sur l’expression des gènes a été déterminée. Les résultats ont mis en évidence que les gènes accessoires sont proportionnellement associés à davantage de variants génétiques à effets importants par rapport aux gènes centraux du génome. Les gènes accessoires étant importants dans l’évolution des génomes et l’adaptation de certaines sous-populations, ces résultats d’association confirment ainsi le rôle crucial de ces derniers dans l’architecture globale du paysage transcriptionnel au sein des populations naturelles.
