Décrypter les secrets de l'évolution : l'exemple des levures

Un groupement de laboratoires français, nommé Génolevures, publie dans Nature du 1er juillet 2004 (1) l'analyse de la séquence de quatre nouvelles espèces de levures. La distance évolutive couverte par ces différentes levures est au moins aussi vaste que celle qui s'étend des invertébrés marins à l'homme, en passant par les poissons. L'analyse des cartes chromosomiques, de l'évolution des familles de gènes (et donc de protéines) et des redondances génomiques révèle les mécanismes complexes d'évolution de ces différentes espèces de levure. Cette étude de génomique comparative a été dirigée par Bernard Dujon (Institut Pasteur-CNRS) et Jean-Luc Souciet (CNRS-Université Louis Pasteur), coordinateur de Génolevures. Réalisée pour la première fois sur les levures, cette analyse est exemplaire des progrès permis par la génomique pour comprendre la diversité et l'évolution du monde vivant, bien au-delà de ce micro-organisme unicellulaire.

 

 

Communiqué de presse
Paris, le 30 juin 2004

 

 

L’histoire des organismes vivants est portée, de génération en génération, par le génome. Les progrès récents du séquençage des génomes nous permettent maintenant, en comparant des organismes différents, de connaître la nature des traces laissées par l’évolution. Ces informations nous éclairent sur les grandes étapes de l’évolution et sur les principaux mécanismes mis en jeu. Or, la multiplicité des évènements qui ont eu lieu dans les lignées ayant évolué séparément pendant des millions d’années tend à ne laisser dans les génomes que des traces superposées, déformées et largement effacées, rendant ainsi leur identification rapidement délicate si l’on ne dispose pas d’un choix d’organismes appropriés pour effectuer les comparaisons. Parmi les bactéries, dont les génomes sont petits et très compacts, on dispose maintenant d’un grand nombre de séquences (en augmentation rapide) qui permettent de développer une génomique comparative riche de conclusions importantes. Malheureusement, ces conclusions sont difficilement transposables aux Eucaryotes (plantes, champignons, algues et animaux dont l’homme), pour lesquels les données sont beaucoup plus fragmentaires dues aux tailles parfois considérables de leurs génomes.

Un groupe de laboratoires français (coordonnés sous la désignation Génolevures) a choisi de s’intéresser aux levures pour examiner ces questions. Quatre nouvelles espèces de levures ont été entièrement séquencées et leurs séquences comparées entre elles et avec la séquence du génome de Saccharomyces cerevisiae, levure modèle des généticiens, dont la séquence a été publiée en 1996, grâce à une collaboration internationale qui impliquait à l’époque plus d’une centaine de laboratoires (dont certains font maintenant partie du consortium Génolevures).

Les levures sont des champignons monocellulaires dont les génomes sont compacts et de petite taille. Les espèces de levures sélectionnées pour cette étude l’ont été de manière à explorer le plus largement possible toute la panoplie évolutive de ce groupe, les Hémiascomycètes, qui compte sans doute de 6000 à 60 000 espèces dont seulement 600 sont connues. L’une des levures choisies est une espèce pathogène pour l’homme, deux autres présentent un intérêt pour l’industrie des fermentations, la dernière présente la particularité de préférer les milieux salés. Ces levures présentent des modes de vie similaires, mais montrent des propriétés physiologiques différentes et des modes distincts de reproduction sexuée.

Première surprise de cette étude, la diversité évolutive de ces organismes apparemment proches est très supérieure à ce qui était attendu. Les différences observées au niveau moléculaire indiquent une distance évolutive au moins aussi vaste que celle de l’embranchement des Chordés qui s’étend des Ascidies (invertébrés marins) à l’homme ou la souris en passant par les poissons et qui contient aussi les reptiles et les oiseaux. Cette étendue évolutive confirme a posteriori que le choix des espèces étudiées était judicieux. Mais surtout elle a permis aux auteurs, par l’analyse des cartes chromosomiques et des familles de gènes (et donc de protéines) déduites des séquences, et par l’étude de la redondance génomique, d’observer que les différentes lignées évolutives de levures résultent de différents mécanismes d’évolution. Duplications de gènes en tandem, duplications de segments de génomes ou duplication du génome entier sont compensées à des degrés divers par des pertes de gènes, donnant une image beaucoup plus dynamique des génomes que celle à laquelle on s’attendait.

Cette étude de dynamique évolutive, réalisée pour la première fois sur les levures, montre la puissance des outils de la génomique comparative pour l’exploration de la diversité de l’ensemble du monde vivant, animal et végétal. En considérant les génomes dans leur globalité comme un objet d’étude à part entière, et non plus uniquement comme la somme des gènes qu’ils renferment, une étape majeure de la reconstruction de l’histoire évolutive des espèces a été franchie.

Dans le domaine des applications, ces résultats vont permettre aux chercheurs du monde entier de progresser plus vite dans la recherche de nouveaux médicaments pour contrôler les infections chez l’homme (candidoses), d’améliorer les procédés actuels de production de vitamine B2 ou de mieux maîtriser la production d’aliments fermentés traditionnels, par exemple les fromages.

Sources

(1) "Genome evolution in yeasts, Bernard Dujon et al"., Nature, 1er juillet 2004.
Bernard Dujon1, David Scherman(2,3), Gilles Fischer(1), Pascal Durrens(3,4), Serge Casaregola(5), Ingrid Lafontaine(1), Jacky de Montigny(6), Christian Marck(7), Cécile Neuvéglise(5), Emmanuel Talla(1), Nicolas Goffard(3), Lionel Frangeul(8), Michel Aigle(4), Véronique Anthouard(9), Anna Babour(5), Valérie Barbe(9), Stéphanie Barnay(5), Sylvie Blanchin(5), Jean-Marie Beckerich(5), Emmanuelle Beyne(2,3), Claudine Bleykasten(6), Anita Boisramé(5), Jeanne Boyer(1), Laurence Cattolico(9), Fabrice Confanioleri(10), Antoine de Daruvar(3), Laurence Despons(6), Emmanuelle Fabre(1), Cécile Fairhead(1), Hélène Ferry-Dumazet(3), Alexis Groppi(3), Florence Hantraye(11), Christophe Hennequin(1), Nicolas Jauniaux(6), Philippe Joyet(5), Rym Kachouri(12), Alix Kerrest(1), Romain Koszul(1), Marc Lemaire(13), Isabelle Lesur(2), Laurence Ma(8), Héloïse Muller(1), Jean-Marc Nicaud(5), Macha Nikolski(2), Sophie Oztas(9), Odile Ozier-Kalogeropoulos(1), Stefan Pellenz(1), Serge Potier(6), Guy-Franck Richard(1), Marie-Laure Straub(6), Audrey Suleau(5), Dominique Swennene(5), Maria Zeniou-Meyer(6), Ivan Zivanovic(10), Monique Bolotin-Fukuhara(10), Agnès Thierry(1), Christiane Bouchier(8), Bernard Caudron(14), Claude Scarpelli(9), Claude Gaillardin(5), Jean Weissenbach(9), Patrick Winter(9) et Jean-Luc Souciet(6)

1. Unité de Génétique Moléculaire des Levures (Université Pierre et Marie Curie- Institut Pasteur), Paris
2. Laboratoire Bordelais de recherche en Informatique (LaBRI) (CNRS), Talence
3. Centre de Bioinformatique de Bordeaux (Université Victor Ségalen), Bordeaux
4. Institut de Biochimie et génétique Cellulaires (CNRS-Université Victor Ségalen), Bordeaux
5. Collection de Levures d’Intérêt Biotechnologique et Laboratoire de Génétique Moléculaire et Cellulaire (INRA-CNRS), Thivernal-grignon
6. Laboratoire de Dynamique, Evolution et Expression des génomes de Microorganismes (CNRS-Université Louis Pasteur), Strasbourg
7. Service de Biochimie et de Génétique Moléculaire, CEA/Saclay, Gif-sur-Yvette
8. Plate-forme génomique, Pasteur Génopole Ile-de-France.
9. Génoscope-CNRS, Evry
10. Institut de Génétique Moléculaire (CNRS- Université de Paris Sud), Orsay
11. Unité de Génétique des interactions macromoléculaires (CNRS-Institut Pasteur), Paris
12. Modélisations et Simulations des Acides Nucléiques, IBMC, (CNRS), Strasbourg
13. Laboratoire de Génétique des Levures (CNRS-Université Claude Bernard), Villeurbanne
14. Groupe Logiciels et Banques de données (Institut Pasteur), Paris

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