La fin des gènes : un test de routine révèle une divergence unique dans le code génétique


Les scientifiques testant une nouvelle méthode de séquençage de cellules uniques ont modifié de manière inattendue notre compréhension des règles de la génétique.

Le génome d’un protiste a révélé une divergence apparemment unique dans le code ADN signalant la fin d’un gène, ce qui suggère la nécessité de recherches plus approfondies pour mieux comprendre ce groupe d’organismes divers.

Le Dr Jamie McGowan, chercheur postdoctoral à l’Earlham Institute, a analysé la séquence du génome d’un organisme microscopique – un protiste – isolé d’un étang d’eau douce dans les parcs de l’Université d’Oxford.

Le travail visait à tester un pipeline de séquençage d’ADN pour fonctionner avec de très petites quantités d’ADN, comme l’ADN d’une seule cellule. Le Dr McGowan travaillait avec une équipe de scientifiques de l’Earlham Institute et avec le groupe du professeur Thomas Richards de l’Université d’Oxford.

Mais lorsque les chercheurs ont examiné le code génétique, le protiste Oligohyménophorée sp. PL0344 s’est avéré être une nouvelle espèce présentant un changement improbable dans la manière dont son ADN est traduit en protéines.

Le Dr McGowan a déclaré: « C’est une pure chance que nous ayons choisi ce protiste pour tester notre pipeline de séquençage, et cela montre simplement ce qui existe, soulignant à quel point nous savons peu de choses sur la génétique des protistes. »

Il est difficile de faire des déclarations sur les protistes en tant que groupe. La plupart sont des organismes microscopiques unicellulaires comme les amibes, les algues et les diatomées, mais il existe des protistes multicellulaires plus grands, comme le varech, les moisissures visqueuses et les algues rouges.

« La définition d’un protiste est vague : il s’agit essentiellement de tout organisme eucaryote qui n’est pas un animal, une plante ou un champignon », a déclaré le Dr McGowan. « C’est évidemment très général, et c’est parce que les protistes constituent un groupe extrêmement variable.

« Certains sont plus étroitement liés aux animaux, d’autres plus étroitement aux plantes. Il y a les chasseurs et les proies, les parasites et les hôtes, les nageurs et les gardiens, et il y a ceux qui ont un régime alimentaire varié tandis que d’autres font la photosynthèse. Fondamentalement, nous pouvons faire très peu de généralisations. « 

Oligohyménophorée sp. PL0344 est un cilié. Ces protistes nageurs peuvent être vus au microscope et se trouvent presque partout où il y a de l’eau.

Les ciliés sont des points chauds pour les modifications du code génétique, y compris la réaffectation d’un ou plusieurs codons d’arrêt – les codons TAA, TAG et TGA. Dans pratiquement tous les organismes, ces trois codons d’arrêt sont utilisés pour signaler la fin d’un gène.

Les variations du code génétique sont extrêmement rares. Parmi les rares variantes du code génétique rapportées à ce jour, les codons TAA et TAG ont pratiquement toujours la même traduction, ce qui suggère que leur évolution est couplée.

« Dans presque tous les autres cas que nous connaissons, le TAA et le TAG changent en tandem », a expliqué le Dr McGowan. « Quand ce ne sont pas des codons d’arrêt, ils spécifient chacun le même acide aminé. »

L’ADN est comme le plan d’un bâtiment. Il ne fait rien en soi : il fournit des instructions sur le travail à effectuer. Pour qu’un gène ait un impact, le plan doit être « lu » puis intégré dans une molécule qui a un effet physique.

Pour que l’ADN soit lu, il est d’abord transcrit en une copie d’ARN. Cette copie est transférée vers une autre zone de la cellule où elle est traduite en acides aminés, qui sont combinés pour former une molécule tridimensionnelle. Le processus de traduction commence au codon d’initiation de l’ADN (ATG) et se termine à un codon d’arrêt (normalement TAA, TAG ou TGA).

Dans Oligohyménophorée sp. PL0344, seul TGA fonctionne comme un codon d’arrêt – bien que le Dr McGowan ait découvert qu’il y avait plus de codons TGA que prévu dans l’ADN du cilié, censés compenser la perte des deux autres. Au lieu de cela, TAA spécifie la lysine et TAG spécifie l’acide glutamique.

« C’est extrêmement inhabituel », a déclaré le Dr McGowan. « Nous ne connaissons aucun autre cas où ces codons d’arrêt sont liés à deux acides aminés différents. Cela enfreint certaines des règles que nous pensions connaître sur la traduction génique – on pensait que ces deux codons étaient couplés.

« Les scientifiques tentent de créer de nouveaux codes génétiques, mais ils existent également dans la nature. Il y a des choses fascinantes que nous pouvons trouver si nous les recherchons.

« Ou, dans ce cas, quand nous ne les recherchons pas. »

Cette recherche, publiée dans PLoS Genetics, a été financée par le Wellcome Trust dans le cadre du projet Darwin Tree of Life et soutenue par le financement de base de l’Earlham Institute du Conseil de recherche en biotechnologie et sciences biologiques (BBSRC), qui fait partie de l’UKRI.

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