Taille du génome et évolution de nouveaux gènes

Malgré la nature simple du code génétique, il y a une variation considérable en termes de taille génomique, entre le génome le plus petit connu, soit la protéobactérie Candidatus Carsonella ruddii qui a moins de 160 000 paires de base, au plus grand connu soit la plante à fleurs japonaise, le Paris japonica qui en a environ 150 milliards. Malgré ces extrêmes, en général les bactéries et archées ont environ 3, 000 gènes dans leurs génomes. Car les procaryotes n'ont presque aucunes séquences non-codantes, ce qui signifie que leurs génomes peuvent être relativement petits par rapport à ceux des eucaryotes.

Un génome plus petit signifie également moins de réplicats à chaque tour de division cellulaire, ce qui fait sens logique pour une reproduction rapide. Typiquement, les eucaryotes ont aux environs de 20 000 gènes mais leurs génomes sont ponctués par de longues étendues de séquences non-codantes, ce qui signifie que la taille de leurs génomes n'est pas nécessairement liée à la complexité. Le génome du Paris japonica peut faire plus de 50 fois la taille du génome humain, mais cela est dû au moins en partie, à de grandes quantités de séquences non-codantes et probablement des niveaux élevés de duplication, et pas nécessairement plus de gènes nouveaux.

Alors, comment les organismes peuvent-ils développer de nouveaux gènes Typiquement la réponse est en modifiant la séquence qui existe déjà. L'une des principales ressources pour l'apparition de nouveaux gènes est la duplication génétique. Imaginez une section d'ADN contenant un gène qui est accidentellement dupliqué.

Maintenant, l'organisme a une deuxième copie d'un gène existant. Ces nouvelles copies de gènes sont exemptes des contraintes imposées à l'original pour maintenir la fonction de base. Et ainsi, elles peuvent diverger, potentiellement en développant un nouveau rôle ou en modifiant la fonction d'origine.

Un autre moyen de créer de nouveaux gènes est la recombinaison aléatoire d'ADN où les segments d'un gène ou d'une copie de gène existant sont séparés et se déplacent pour rejoindre ceux d'un gène différent, créant ainsi un gène hybride qui peut assurer une nouvelle fonction. La mutation intragénique, changements dans une séquence génique introduits par des mutations au fil du temps, explique de nombreux nouveaux gènes. Cette divergence est la plus notable quand l'on compare des espèces ou lignées qui divergent indépendamment.

Une fois que cette divergence va au-delà d'un certain point ou qu'un gène prend une nouvelle fonction. Ils peuvent être classés comme des gènes entièrement différents. Enfin, le transfert horizontal de gènes apporte de nouveaux gènes et de nouvelles séquences au génome depuis des sources externes, comme d'autres individus et même d'autres espèces.

Ce type d'acquisition de nouveaux gènes est plus courant chez les procaryotes et les archées avec en exemple bien connu le transfert des gènes de résistance aux antibiotiques. Bien que rare chez les eucaryotes, il est toujours considéré comme une source essentielle de nouveauté génétique. Et le matériel génétique peut même venir d'espèces éloignées telles que les bactéries et les champignons, dans cet exemple.