samedi 26 décembre 2015

Avantage évolutif de la recombinaison génétique dans le génome mesurée pour la première fois

UAB chercheurs ont quantifié l'un des phénomènes les plus importants et difficiles à mesure de l'évolution moléculaire: l'effet de la recombinaison génétique sur la capacité d'adaptation d'une espèce. Le groupe de recherche en génomique, bioinformatique et Evolution, en collaboration avec des chercheurs des universités de Sussex et Edimbourg, ont quantifié l'un des phénomènes les plus importants et difficiles à mesure de l'évolution moléculaire: l'effet de la recombinaison génétique sur la capacité de d'une espèce adaptation.
Il a beaucoup été question du rôle évolutif de la recombinaison génétique: l'échange de matériel génétique parental qui donne lieu à de nouvelles combinaisons génétiques chez les descendants. Recombinaison est un phénomène pratiquement universel dans les êtres vivants. Dans les organismes sexuels recombinaison se produit pendant le processus de la méiose, qui produit les cellules sexuelles, et l'entretien de ce mécanisme sophistiqué, qui systématise la recombinaison de l'ensemble du génome, est la raison habituelle donnée pour la prépondérance du sexe. Mais quelle est exactement l'avantage de recombinaison? Ce travail montre que la recombinaison génétique facilite l'adaptation et il estime que le coût de l'évolution de son absence ou de l'épuisement dans un génome pour la première fois.
Le sort d'une nouvelle mutation dans un génome est conditionné non seulement par l'avantage adaptatif ou le désavantage que la mutation apporte à son porteur, mais aussi par le contexte chromosomique dans lequel il apparaît. Si une nouvelle mutation sélectionné est entouré par d'autres qui sont également exposés à la sélection, ces mutations seront interfèrent (concurrence) les uns avec les autres comme ils ne se séparent pas de manière indépendante, de sorte que la sélection conjointe sera moins efficace que si la sélection agit sur chaque mutation séparément. Ce coût de liaison, également connu comme une ingérence Hill-Robertson après ses découvreurs, la sélection naturelle fait moins efficace quand il agit simultanément sur différents sites.
Dans un précédent travail publié dans la revue Nature, les auteurs ont la première carte à haute résolution de la sélection naturelle d'un génome et ont prouvé que la sélection naturelle est omniprésente dans le génome des espèces utilisées comme un modèle en génétique: la mouche Drosophila melanogaster. Une des conséquences de ces constatations est que, à tout moment, il sera lié variantes génétiques, exposés simultanément à la sélection dans le génome, et donc la sélection sera sous-optimale en raison du coût de liaison. Comment ce coût peut être prouvé d'exister vraiment et, en particulier, comment peut-elle être mesurée?
Si le coût d'un lien existe, où la recombinaison est faible, il y aura une plus grande densité de variants sélectifs qui ne séparent pas librement, ce qui réduit l'efficacité de la sélection et par conséquent le taux d'adaptation. D'autre part, les régions de plus grande recombinaison présenteront des taux plus élevés d'adaptation. Le premier objectif de l'étude était de déterminer si les régions avec un taux de recombinaison plus connu un taux d'adaptation génomique supérieur. Pour mesurer l'adaptation génomique, les chercheurs ont utilisé des méthodes statistiques sophistiquées de la génétique des populations appliquées à des données sur la variation génomique. Les résultats ont montré une corrélation très positive entre la recombinaison et l'adaptation, ce qui corrobore l'existence du coût de liaison dans le génome.
La surprise est venue quand il a vu que la relation linéaire entre initialement recombinaison et l'adaptation convergé vers un seuil asymptotique à partir des valeurs de recombinaison égal ou supérieur à 2 cm / MB (centimorgans par mégabases).Cette asymptote indique qu'il y a une valeur de seuil au-delà de recombinaison qui génomique adaptation atteint un maximum.
L'existence de ce seuil a deux conséquences importantes: (1) le coût de liaison disparaît delà d'une valeur de recombinaison, ou en d'autres termes, les mutations sélectionnées agir comme si en pratique ils séparés indépendamment. Un taux infini de recombinaison ne serait pas augmenter le taux d'adaptation du génome plus d'une valeur de recombinaison de 2 cm / MB (la recombinaison de seuil estimé). (2) définit l'asymptote un plafond pour le taux optimal d'un génome d'adaptation, sa valeur étant une estimation du taux d'adaptation optimale, en l'absence du coût de liaison.
Après avoir défini la situation optimale, il est possible d'estimer le coût de liaison d'un génome par analyse. Les chercheurs ont découvert que le génome D. melanogaster a un taux d'adaptation d'environ 27% en dessous du taux d'adaptation optimale, le taux qu'elle aurait si les effets des mutations ne pas interférer avec l'autre.
Ce travail, qui sera publié Janvier prochain dans la revue Molecular Biology and Evolution également impliqué l'étude d'autres déterminants génomiques, comme le taux de mutation et de la densité de gènes sur le taux d'adaptation génomique. Le groupe de recherche en génomique, bioinformatique et Evolution est formé par Sergi Hervás, Sonia Casillas, Marta Coronado, Isaac Noguera, David Castellano (l'auteur principal du papier) et Antonio Barbadilla (chercheur principal).
L'ère de la génomique a fourni l'un des exemples les plus surprenants de la puissance de la sélection naturelle, nous permettant de détecter les empreintes caractéristiques que la sélection naturelle laisse sur le génome. Ce travail est également encore une autre étape dans la mesure de la sélection naturelle au niveau nucléotidique, gène ou génome, car il aborde la question de la façon dont le contexte génomique, si le taux actuel de recombinaison ou le taux de mutation, les conditions de l'efficacité des ressources naturelles sélection. L'ère de la génomique des populations que nous vivons en apporte la promesse de finalement révéler la vraie nature de la variation génétique.