Des gènes mystérieux survivent aux évolutions des organismes marins

Expression génique dans les tissus embryonnaires et adultes représentée sous forme de carte thermique. Dans chaque cas, les gènes dans la parenthèse verte correspondant à l'oursin violet n'ont été récupérés que chez les échinodermes, et les gènes dans la parenthèse verte correspondant au logo InterPro bleu étaient les seuls à enregistrer des domaines InterPro. Le panneau A montre les valeurs brutes de TPM pour chaque point clé du développement, allant de 0 à 72 h après la fécondation. Le panneau B affiche l'expression du journal de ces valeurs TPM. L'expression de nos gènes d'intérêt est maintenue tout au long du développement, culminant généralement entre 18 et 24 h. Le panneau C montre les valeurs de TPM dans six tissus adultes différents. Le panneau D montre le journal de ces valeurs. L'expression est également maintenue dans les tissus adultes, en particulier dans le cœlomocyte et les testicules. Crédit :Génomique (2022). DOI :10.1016/j.ygeno.2022.110431

Lorsque les créatures évoluent, leurs schémas génétiques changent. Mais dans le matériel génétique, des fragments des ancêtres les plus anciens d'une espèce se cachent encore.

Dans une publication récente de la revue Genomics , Saoirse Foley, chercheuse à l'Université Carnegie Mellon, et ses collègues ont découvert 14 gènes qui pourraient donner un aperçu des origines de la vie marine.

"Nous avons trouvé un ensemble de gènes dont les fonctions sont inconnues, et ils n'ont aucun domaine protéique connu", a déclaré Foley. "Ils sont répartis sur un ensemble d'organismes marins et sont très anciens. C'était vraiment surprenant."

Foley, le premier auteur de l'article, est le bioinformaticien principal d'Echinobase, une ressource Web qui donne accès aux données génomiques, d'expression et fonctionnelles issues de la recherche sur les étoiles de mer, les concombres de mer, les oursins et d'autres types d'échinodermes.

"Du point de vue de l'évolution, les échinodermes sont vieux et sont une bonne représentation des premiers animaux émergents. Ils offrent une vision simple de la façon dont un groupe d'animaux peut émerger", a déclaré Foley.

Foley fait partie du laboratoire de Veronica Hinman, qui étudie les échinodermes. Les étoiles de mer et les humains, ainsi que d'autres vertébrés, partagent un certain nombre de similitudes dans leur développement précoce, l'organisation de leur génome et leur contenu génétique.

"Saoirse avait commencé le projet en pensant qu'elle pourrait être capable de détecter des gènes spécifiques aux échinodermes qui pourraient nous aider à comprendre les attributs de ces animaux, il était donc très surprenant de trouver des gènes aussi anciens et conservés, puis de voir qu'ils n'avaient aucune fonction connue. ", a déclaré Hinman, professeur émérite de sciences de la vie Dr Frederick A. Schwertz et chef du département des sciences biologiques de Carnegie Mellon. "Cela ouvrira un nouveau projet passionnant pour essayer de comprendre leurs rôles."

Les chercheurs ont utilisé des approches phylogénomiques pour rechercher des gènes orthologues (gènes de différentes espèces dérivés d'un gène ancestral commun) qui n'avaient pas de fonction connue chez les échinodermes. Les chercheurs ont ensuite utilisé cet ensemble de données pour identifier les gènes qui partagent une relation ancestrale avec d'autres animaux marins tels que les éponges, les anémones et les ascidies. Les animaux non marins tels que les humains, les mouches ou les souris n'avaient aucun de ces gènes.

"Ce que nous avons découvert, c'est qu'il n'y a pas de gènes d'échinodermes spécifiques à la lignée", a déclaré Foley. "Le grand nombre de gènes ont une relation avec d'autres animaux en dehors du phylum des échinodermes."

Trois espèces d'échinodermes possédaient les 14 gènes :un nénuphar (Anneissia japonica), l'étoile de mer à couronne d'épines (Acanthaster planci) et les oursins violets (Strongylocentrotus purpuratus).

Une équipe de Barcelone - Anna Vlasova, Marina Marcet-Houben et Toni Gabaldón du Barcelona Supercomputing Center et de l'Institut de recherche en biomédecine de l'Institut des sciences et technologies de Barcelone - a créé un arbre généalogique en utilisant chaque gène des oursins violets pour montrer comment il concerne les gènes d'autres espèces.

"En reconstruisant l'histoire évolutive de chaque gène de ces génomes, on peut non seulement trouver des schémas évolutifs mondiaux, mais également identifier des exceptions remarquables, comme nous l'avons fait ici", a déclaré Gabaldón. "Les gènes identifiés sont anciens et conservés chez les animaux marins et seront essentiels pour comprendre comment de nouvelles lignées émergent sans avoir besoin d'acquérir de nouvelles boîtes à outils génétiques."

Foley a déclaré que même si les fonctions de ces gènes ne sont pas actuellement connues, elles pourraient être assez importantes puisqu'elles proviennent toutes d'un ancêtre commun. La prochaine étape serait d'étudier certains des 14 gènes en laboratoire pour tenter de découvrir leurs fonctions. Foley a déclaré que cela pourrait impliquer de se concentrer sur les oursins violets ou sur une autre espèce avec certains des gènes tels que l'étoile de chauve-souris couramment étudiée (Patiria miniata).

"Le fait que les gènes soient si anciens et ne se trouvent que dans les organismes marins suggère qu'ils remplissent au moins une fonction spécifique à la mer", a-t-elle déclaré. "S'ils ne l'étaient pas, ils sont assez vieux pour s'en être débarrassés à ce stade." + Explorer plus loin