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10 découvertes 2017

[7] Quand deux gènes ne valent pas mieux qu'un

Biologie évolutive | Christian Landry - Université Laval
Par Joël Leblanc - 04/01/2018
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Les biologistes ont toujours considéré que plusieurs copies d’un gène protégeaient les organismes contre les revers de l’évolution. Une expérience a démontré que ce n’était pas le cas.

Le pain, la bière, le vin... Ces aliments si communs, Christian Landry ne les voit pas comme vous et moi. Il passe une partie de ses journées à étudier Saccharomyces cerevisiæ, la levure nécessaire à leur fabrication. En se penchant sur le protéome de ce champignon microscopique, son équipe et lui ont fait une découverte qui a ébranlé l’un des principes de la biologie évolutive.

Le protéome d’un organisme est à ses protéines ce que le génome est à ses gènes. « C’est l’ensemble des protéines que fabrique une cellule vivante, explique le chercheur de l’Université Laval. Je m’intéresse aux protéines et aux interactions qu’elles entretiennent entre elles, comme dans un réseau social. » C’est en faisant des expériences dans le « réseau social » protéique de la levure qu’il a découvert qu’un gène dupliqué n’est pas nécessairement gage de robustesse génétique, comme on l’enseigne en biologie. C’est parfois même le contraire.

Un gène, c’est un peu une recette; et la protéine, c’est le gâteau. Les gènes sont les codes qui permettent à la cellule de construire toutes les protéines dont elle a besoin. « Mais rares sont les protéines qui agissent seules, explique Christian Landry. Elles s’assemblent habituellement à deux, trois ou plus pour former des complexes fonctionnels. C’est ça que j’appelle le réseau protéique. » Il faut parfois plusieurs étages au gâteau pour qu’il soit complet.

« Je me suis intéressé aux gènes paralogues, c’est-à-dire à des paires de gènes qui sont le résultat d’une duplication accidentelle, résume le chercheur en biologie évolutive. Lorsqu’une erreur génétique de ce genre survient, ça peut être fatal à l’organisme mais, parfois, ça ne change pas grand-chose à sa vie. Cela peut même être utile sur le plan évolutif. L’organisme se retrouve avec deux copies d’un même gène, ce qui confère une certaine résilience si l’une des copies devient défectueuse. »



Dans son étude publiée par la revue Science en février 2017, l’équipe de Christian Landry a repéré 56 paires de gènes paralogues dans la levure. Les chercheurs ont éteint les gènes paralogues un par un et ont observé les conséquences sur le réseau protéique. Dans 22 cas, la redondance permettait effectivement à la cellule de survivre, même si l’un des gènes d’une paire ne fonctionnait plus. La copie restante faisait en quelque sorte le boulot pour deux.

Mais, plus surprenant, dans 22 autres cas, la cellule devenait non fonctionnelle lorsqu’un des deux gènes était désactivé. Ainsi, la copie restante ne « compensait » pas, et ne permettait pas de produire une protéine active dans le réseau. « Cela s’explique par les mutations qui peuvent s’accumuler graduellement dans ces gènes, et ce, dans les deux versions. La paire de gènes peut alors “co-évoluer”, c’est-à-dire que les mutations de l’un des gènes sont compensées par les mutations de l’autre. » Ainsi, les deux protéines qui en résultent ne sont plus parfaitement identiques et ont absolument besoin l’une de l’autre pour former un complexe protéique fonctionnel. Comme si l’un des étages du gâteau développait une bosse en même temps que l’autre formait un trou, et qu’ils pouvaient s’emboîter. Les deux protéines deviennent mutuellement indispensables.

Au lieu de rendre le génome plus robuste, les gènes dupliqués pourraient donc le rendre plus fragile avec le temps. « La duplication d’un gène confère un avantage momentané en termes évolutifs, résume Christian Landry. Mais sur une plus longue période, à mesure que les mutations s’accumulent, elle peut devenir un handicap. »
À garder en tête lors d’une prochaine bouchée de pain.
 
Ont aussi participé à cette étude : Guillaume Diss, Isabelle Gagnon-Arsenault, Anne-Marie Dion-Côté, Hélène Vignaud, Diana I. Ascencio et Caroline M. Berger, tous de l’Université Laval.


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