M1 BGV Génomique structurale et protéomique 4éme cours.. 1 Familles Multigéniques 3 2 Gènes homologues 1-Orthologues 2-Paralogues Séquences répétées 1-Répétition en tandem(satellites) 2-Répétition à travers le génome:(Rétrotransposant et transposant d’ADN) 4 Autres types de gènes (pseudogènes, fragments de gènes) 11.1-Familles Multigéniques(familles de gènes) • les premières études des séquences d’ADN, ont décelé l’existence de familles de gènes dont les séquences sont identiques ou très semblables , ces gènes sont appelés familles multigéniques . • Autrement dit : Une famille multigénique est un ensemble de gènes dispersés dans le génome d'un organisme et présentant de nombreuses homologies de séquences. • On considère que ces gènes ont une origine commune et qu'ils résultent de duplications géniques. 11.1.1.Mécanisme à l'origine des familles multigéniques • Les familles de gènes sont issues d'une ou plusieurs duplications de gène ancestral. • Les copies créées peuvent soit rester sur le même chromosome soit migrer vers un autre chromosome: on parle alors de transposition. Ces copies peuvent avoir plusieurs avenir: Ne subir aucune mutation au cours du temps, dans ce cas là l'innovation génétique est quantitative Subir des mutations, l'innovation est à la fois quantitative et qualitative 11.1.1.Mécanisme à l'origine des familles multigéniques – Si le nombre de mutations accumulées est relativement faible, les différents gènes obtenus coderont pour des protéines différents mais avec les mêmes fonction – Si le nombre de mutations accumulé est important, les gènes coderont pour des protéines différentes mais avec des fonctions également différentes Les familles multigeniques proviendraient donc d'un gène ancestral commun qui aurait subi des duplications, transpositions et mutations au cours du temps. C'est l'ensemble de ces trois mécanismes qui aurait entrainé une complexification des génomes. Nb : Un génome bactérien contient 1000 Gènes et le génome humain en comporte 40,000 gènes. 11.2-Gènes Homologues • • Ces gènes ont un certain pourcentage d’identité de séquence Deux séquences d’ADN présentant 80% d’identité 11.2-1.Les types de gènes Homologues Deux catégories de gènes homologues: a. Orthologues: de deux espèces différentes: • Leur identité de séquence suggère qu’il s’agit de deux versions d’un même gène, ayant la même fonction dans deux espèces différentes b. Paralogues: au sein d’une même espèce •L’ensemble de ces gènes constitue une famille de gènes Les identités sont souvent concentrées dans des régions que l’on appelle des boites d’homologies. • Les boites d’homologie codent souvent pour des domaines fonctionnels •Des gènes paralogues peuvent avoir une même fonction ou des fonctions partiellement différentes. 11.3-les séquences répétées: 11.3-1-séquences répétées en tandem(satellites). 11.3-2-séquences répétées à travers le génome. 11.3-2-1-rétrovirus endogènes vertébrés. 11. 3-2-2-rétrotransposants invertébrés champignons et plantes. 11.3-1-séquences répétées en tandem (satellites) • Les tandems sont de courtes séquences nucléotidiques, de 2 à 8 pb, répétées 100 000 fois dans le génome. Ex : une séquence telle que ATGG --> le tandem sera ATGG-ATGG et ce tandem sera répété énormément de fois dans le génome ces répétitions Seraient dus à un mauvais fonctionnement de la réplication: la polymérase patine. Types: Microsatellites: 1 - 13 bps in ~150 bp (Un microsatellite est une séquence d'ADN formée par une répétition continue de motifs composés de 1 à 4 nucléotides le plus souvent) Minisatellites: 15-100 bps in 1-5 kb Satellites: 14 - 500 bps in 20-100 kb Détail d’un satellite 11.3.3.Polymorphisme du nombre d’unités de répétions • Sur le génome, il existe des séquences constituées d'unités répétées de 1 à 4 nucléotides. Ce sont les microsatellites. • Les plus courants sont (A)n, (TC)n, (TAT)n et (GATA)n, les valeurs de n pouvant aller de quelques unités à plusieurs dizaines. • On parle de séquences répétées en tandem ou SSR (Simple Sequence Repeats). • L'intérêt de ces microsatellites réside dans leur polymorphisme. Celui-ci repose sur la variation du nombre d'unités de répétition, constituant le microsatellite. • C'est la technique de PCR qui est utilisée pour révéler le polymorphisme des microsatellites. • Une paire d'amorces spécifiques des bordures droite et gauche d'un microsatellite est utilisée pour amplifier le même microsatellite chez différents individus. 11.3.3.Polymorphisme du nombre d’unités de répétions • • En effet, chaque microsatellite est bordé par des séquences uniques qui lui sont propres. Les fragments d'amplification sont ensuite révélés par électrophorèse. Un individu B, possédant plus d'unités de répétition que A, a un produit d'amplification qui migre plus lentement que A. Exemple de Carte de minisatellites Alignement classique 11.3.2-Séquences répétées à travers le génome (Les séquences moyennement répétées ) • Les séquences moyennement répétées sont des longues séquences nucléotidiques qui se retrouvent plusieurs fois dans le génome : on parle d'ADN répété dispersé. • Il y a deux types d'ADN moyennement répété : - ADN non codant : Ce seraient des répliques de séquences virales installées dans les génomes eucaryotes, qui auraient tellement muté qu’elles ne seraient plus capables de produire des particules virales, mais seraient encore capables de se recopier et de se transposer ailleurs dans le génome (ex : les transposons et rétrotransposons) • ADN codant : ce sont des gènes codant pour des ARNr, ARNt, etc... Les séquences moyennement répétées représentent 25 à 40% du génome. Propagation des transposons 11.4-autres types de gènes On trouve dans le génome des fragments de gènes: • Pseudogènes: copie non fonctionnelle d’un gène. Deux types de pseudogènes: Pseudogène conventionnel: devenu non fonctionnel à cause de mutations Pseusdogène processé: On pense que les pseudogènes processés proviennent de la réintégration dans le génome d’un DNA issu de la rétrotranscription d’un ARN issu de la transcription d’un gène normal. • L’intégration du pseudogène se fait au hasard. Nb: Le pseudogène est dépourvu d’introns et surtout dépourvu de promoteur, ce qui le rend non fonctionnel. Ex: types de gènes chez Arabidopsis (2008) CAS DES RETROVIRUS Cycle viral 1 Fixation du VIH sur des récepteurs de la cellule cible et pénétration de l'ARN viral dans la cellule 2 Rétrotranscription de l'ARN viral en ADN par la transcriptase inverse 3 4 5 6 7 Intégration au génome de la cellule hôte Multiplication de l'ARN viral par transcription Synthèse des protéines virales Assemblage des particules virales Sortie des virus par bourgeonnement 12.Différences entre les génomes • • • • Les individus d’espèces différentes ont des génomes différents par la taille, l’ordre et la nature des informations qu’ils contiennent. On considère souvent que 2 individus de la même espèce possèdent le « même » génome. En fait, le génome de chaque individu est unique. Chez l’homme le génome diffère de 0.5% entre 2 personnes non apparentées 13. Evolution des génomes procaryotes: Les génomes procaryotes évoluent plus rapidement que les génomes eucaryotes car: • Taux de mutation plus élevés • Transferts horizontaux de gènes entre individus et même entre espèces (la notion d’espèce chez les procaryotes n’est pas claire) • Lʼévolution des bactéries se fait beaucoup par acquisition de gènes dʼautres organismes (par acquisition de fragments de génomes de dizaines et de centaines de milliers de nucléotides) • Ce processus se nomme transfert horizontal
