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Août 2003 n°209

Une version plus complète de ce bulletin est accessible sur le site de l'INRA www.inra.fr. sous son nom dans : Information Scientifique et Technique puis Publications INRA en ligne.

Le signe ### dans cette version papier indique quelques développements supplémentaires ou des commentaires additionnels consultables dans la version électronique. André BERKALOFF

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Concepts et Techniques

1.### Il est certainement difficile de débrouiller les interactions en réseau entre gènes, protéines, métabolites etc… Des équipes ont utilisé un système modèle permettant d'effectuer des perturbations systématiques de la transcription pour détecter ces interactions. Ils ont utilisé un sous-système de neuf gènes intervenant dans la réponse SOS d'Escherichia coli. La mitomycine C perturbe le système. TS Gardner et al.; Science 301 (04JUL03) 102-105.

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2.### Des chercheurs de Bruxelles publient une revue sur l'intégration de données issues de banque hétérogènes issues de techniques d'analyse à haut débit de l'expression. V Detours et al.; FEBS Letters 546 (03JUL03) 98-102. Il s'agit de gommer les disparités entre protocoles expérimentaux et éliminer le "bruit" et les erreurs inhérentes aux données d'expression. Les données de séquences et d'expression sont maintenant sous forme digitale, ce qui facilite ces tentatives.

Sans entrer dans les détails, la technique implique une concaténation de petits segments d'ADN (9-14 pb) identifiant, chacun un transcrit. La comparaison des séquences de milliers d'inserts ainsi associés permet de se faire une idée quantitative des séquences exprimées en se servant de la fréquence des sondes ainsi définies.

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3. On peut tirer de l'analyse des génomes avec les méthodes actuelles de génomique contextuelle, des informations sur le couplage fonctionnel entre gènes. Une revue de chercheurs d'Integrated Genomics de Chicago indique comment on peut révéler les gènes manquants dans une chaîne métabolique. A Osterman et al.; Current Opinion in Chemical Biology 7 (APR03) 238-251.

Les techniques de reconstruction du métabolisme en partant des gènes présents, et ayant un certain nombre d'éléments régulateurs en commun, permettent de constater que certains des gènes postulés ne sont pas faciles à trouver. C'est le même problème général que celui de retrouver le ou les gènes que l'on ne retrouve pas par les méthodes classiques d'annotation. Mais dans le cas des voies métaboliques, il faut pouvoir utiliser des inférences correctes sur les voies et une reconstruction métabolique du génome assez fiable. De nombreux biologistes savent quels sont les gènes nécessaires, mais ces données sont dispersées dans toute la littérature et difficiles à faire intervenir dans une approche informatique. Ce sont donc les spécialistes du métabolisme qui tiennent la main, dans ce cas, et peuvent faire des prédictions.

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4.### Le rôle de la recombinaison dans l'évolution des génomes est analysé dans la revue D Posada et al.; Annual Review of Genetics 36 (DEC02) 75-97. Elle conduit à discuter l'évolution de façon un peu différente de celle de la phylogénie classique. Elle permet d'envisager une évolution en réseau derrière les arbres phylogéniques usuels. Il faut distinguer les recombinaisons homologues, qui portent sur des séquences très voisines, de celles qui ne le sont pas où les séquences peuvent être quelconques. Dans le cas des génomes microbiens, les transferts latéraux font partie de cette approche, et l'on sait qu'il y a encore bien des discussions. Les auteurs discutent essentiellement de la recombinaison homologue, ce qui facilite un peu leur discussion.

Un problème dans cette analyse est de pouvoir reconnaître les traces d'une recombinaison dans les séquences disponibles. La revue discute des méthodes statistiques informatiques pour cette détection et de leurs performances. Elle conclut qu'un certain nombre de ces évènements ne peuvent être ainsi révélés, et discute de la proportion de ces recombinaisons non détectées.

Une fois une recombinaison détectée, il faut se méfier des produits de PCR qui donnent également lieu à recombinaison, or cette technique est indispensable au cours de la manipulation des génomes. Cette préoccupation est particulièrement aiguë lors de l'amplification de fragments longs du génome, comme on a pu s'en rendre compte à propos du HIV. La phylogénie vient, ici au secours, du malheureux analyste. Le nombre de mutations accumulées depuis la recombinaison est une mesure de l'âge de la recombinaison, et distingue les "vraies" recombinaisons de celles qui sont artefactuelles.

Les études phylogéniques ignorent usuellement les recombinaisons potentielles qui peuvent donner des séquences ayant une histoire évolutive différente. Plus la séquence analysée est longue (et c'est ce que fournissent les techniques modernes) plus la probabilité que des recombinaisons soient intervenues en son sein augmente. L'histoire précise des mosaïques ainsi engendrées ne peut être établie par les méthodes phylogéniques classiques qui supposent un arbre évolutif non–réticulé.

Les effets de la recombinaison sur l'évaluation de la phylogénie ont été estimés par les auteurs en appliquant les techniques classiques de reconstruction de la phylogénie à des séquences mosaïques. Leurs résultats indiquent que l'effet de la recombinaison dépend de l'apparentement des séquences recombinées et de leur taille des séquences ayant chacune son histoire. Quand les séquences sont fortement apparentées, ou si la recombinaison est ancienne, on récupère facilement l'histoire avec les autres sites du génome. Mais pour une recombinaison récente entre des génomes relativement différents, et quand la recombinaison a lieu au milieu d'une séquence analysée, on peut se faire prendre dans une interprétation erronée de l'évolution.

La recombinaison affecte les différentes méthodes de phylogénie de différentes façons. Les méthodes utilisant la distance sous-estiment l'âge de l'ancêtre commun, tandis que la vraisemblance maximale conduit à une surestimation du nombre total de mutations. Les auteurs indiquent qu'il ne faut pas grand-chose pour entraîner ces effets. On peut observer ces effets sur 100 pb chez la Drosophile, et 2 000 chez l'homme, bien que la fréquence des recombinaisons varie beaucoup le long du génome. Le fait d'ignorer les recombinaisons fausse facilement l'horloge moléculaire de l'évolution.

L'effet sur les arbres évolutifs de l'approche en réseau de l'évolution est encore rudimentaire. L'arbre classique est une représentation actuelle qui simplifie les bifurcations derrière lesquelles on peut trouver une évolution en réseau, ce qui engendre, parfois des incertitudes. Il faut se rappeler qu'une ramification de l'arbre évolutif est une hypothèse sur la façon dont deux taxa sont apparentés, mais pas une vérité d'évidence.

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5. La variégation, c'est-à-dire l'aspect mosaïque de certains organismes (notamment celles des fleurs) ont toujours fasciné les humains. Dès 1588, Jacob Theodor von Bergzabern avait remarqué ces variégations chez les grains de maïs. En 1623, Basilius Besler décrivait les mêmes effets chez Mirabilis (les "belles de nuit" dans Hortus Eystettensis). Barbara McClintock décrivait, en 1944 l'élément Ac/Ds (activator/dissociation), comme on le sait bien depuis qu'elle eu le prix Nobel quasiment à titre posthume. Elle a décrit notamment les réarrangements chromosomiques induits. On sait que 70% des séquences du génome du maïs sont des séquences provenant de transpositions. Les recherches ultérieures ont montré que les réarrangements ne sont que la partie émergée de l'iceberg.

Si on n'a guère eu de confirmation du rôle postulé par Barbara McClintock de la transposition dans les régulations, il n'en est pas de même pour un rôle dans l'évolution et la spéciation par les réarrangements chromosomiques induits. Une revue du groupe de Heinz Saedler avec WE Lönnig et al.; Annual Review of Genetics 36 (DEC02) 389-410 porte sur cet aspect du rôle des éléments transposables complété par les mutations.

La grande majorité des transposons du maïs sont des rétrotransposons. La revue essaye de poser la question de savoir quel est l'intérêt de telles modifications en masse des génomes pour les organismes. On ne manque pas de réponses, cela indique qu'on n'en a pas qui soit satisfaisante.

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