Un projet de séquençage du génome révèle de nouveaux secrets sur l’évolution du chat

Des chercheurs de la Texas A&M School of Veterinary Medicine & Biomedical Sciences (VMBS) et une équipe interdisciplinaire de collaborateurs ont découvert de nouvelles informations sur l’histoire de l’évolution des chats, expliquant comment les chats, y compris des espèces bien connues comme les lions, les tigres et les chats domestiques, ont évolué. en différentes espèces et mettant en lumière la manière dont les différents changements génétiques chez les chats sont liés aux capacités de survie, comme la capacité de sentir une proie.

En comparant les génomes de plusieurs espèces de chats, le projet, publié aujourd’hui dans Génétique naturelle, a aidé les chercheurs à comprendre pourquoi les génomes des chats ont tendance à présenter moins de variations génétiques complexes (telles que des réarrangements de segments d’ADN) que d’autres groupes de mammifères, comme les primates. Elle a également révélé de nouvelles informations sur les parties de l’ADN du chat les plus susceptibles d’évoluer rapidement et sur la façon dont elles jouent un rôle dans la différenciation des espèces.

“Notre objectif était de mieux comprendre comment les chats ont évolué et la base génétique des différences de traits entre les espèces de chats”, a déclaré le Dr Bill Murphy, professeur de biosciences vétérinaires intégratives au VMBS, spécialisé dans l’évolution des chats. “Nous voulions profiter de certaines nouvelles technologies qui nous permettent de créer des cartes génomiques félines plus complètes.

“Nos résultats ouvriront des portes aux personnes qui étudient les maladies, le comportement et la conservation des félins”, a-t-il déclaré. “Ils travailleront avec une compréhension plus complète des différences génétiques qui rendent chaque type de chat unique.”

Variations sur un thème

Les scientifiques essayaient notamment de mieux comprendre pourquoi les chromosomes félins (les structures cellulaires contenant les informations génétiques relatives à des caractéristiques telles que la couleur de la fourrure, la taille et les capacités sensorielles) sont plus stables que chez d’autres groupes de mammifères.

“Nous savons depuis un certain temps maintenant que les chromosomes des chats d’une espèce à l’autre sont très similaires”, a déclaré Murphy. “Par exemple, les chromosomes des lions et des chats domestiques ne diffèrent pratiquement pas. Il semble y avoir beaucoup moins de duplications, de réarrangements et d’autres types de variations que ce que l’on trouve couramment chez les grands singes.”

Dans l’ordre des primates, ce type de variation génétique a conduit à l’évolution de différentes espèces, notamment les humains et les grands singes.

“Les génomes des grands singes ont tendance à se briser et à se réorganiser, et même les génomes humains ont des régions très instables”, a déclaré Murphy. “Ces variations peuvent prédisposer certains individus à souffrir de maladies génétiques, comme l’autisme et d’autres troubles neurologiques.”

La clé de cette variation entre les chats et les singes, comme Murphy l’a découvert, semble être la fréquence de ce qu’on appelle des duplications segmentaires – des segments d’ADN qui sont des copies très similaires d’autres segments d’ADN trouvés ailleurs dans le génome.

“Les chercheurs sur le génome des primates ont pu relier ces duplications segmentaires à des réarrangements chromosomiques”, a-t-il déclaré. Plus vous avez de duplications segmentaires dans votre ADN, plus les chromosomes sont susceptibles de se réorganiser, et ainsi de suite.

“Ce que nous avons découvert en comparant un grand nombre de génomes d’espèces de chats, c’est que les chats ne possèdent qu’une fraction des duplications segmentaires trouvées chez d’autres groupes de mammifères. Les primates ont en réalité sept fois plus de duplications que les chats. C’est une grande différence, et maintenant nous Nous pensons comprendre pourquoi les génomes des chats sont plus stables”, a-t-il déclaré.

Une aiguille dans une (double) hélice

Même si les chats ne présentent pas autant de réarrangements génétiques importants dans leur ADN, ils présentent néanmoins de nombreuses différences. Grâce à leurs recherches, Murphy et ses collègues comprennent désormais mieux quelles parties de l’ADN du chat provoquent ces variations, en particulier les variations qui définissent la spéciation ou les différences entre les espèces.

“Il s’avère qu’il existe une grande région au centre du chromosome X où se produisent la plupart des réarrangements génétiques”, a déclaré Murphy. “En fait, il existe un élément répétitif spécifique dans cette région appelé DXZ4 qui, selon les preuves, est en grande partie responsable de l’isolement génétique d’au moins deux espèces de chats, le chat domestique et le chat de jungle.”

DXZ4 est ce que Murphy appelle une répétition satellite : ce n’est pas un gène typique qui code pour un trait physique comme la couleur de la fourrure, mais il contribue plutôt à la structure tridimensionnelle du chromosome X et a probablement joué un rôle important dans la spéciation du chat.

“Nous ne connaissons pas encore le mécanisme précis, mais en comparant tous ces génomes de chats, nous pouvons mieux mesurer la vitesse à laquelle DXZ4 a évolué chez une espèce par rapport à toutes les autres. Ce que nous avons appris, c’est que DXZ4 est l’un des plus rapides. parties évolutives du génome du chat ; il évolue plus rapidement que 99,5 % du reste du génome”, a-t-il expliqué.

“En raison de la vitesse à laquelle il mute, nous avons pu démontrer pourquoi DXZ4 est probablement lié à la spéciation”, a déclaré Murphy.

Détecter des gènes insaisissables

En utilisant de nouvelles séquences génomiques très détaillées, l’équipe a également découvert des liens plus clairs entre le nombre de gènes olfactifs, qui régissent la détection des odeurs chez les chats, et la variation du comportement social et leurs relations avec leur environnement.

“Étant donné que les chats sont des prédateurs qui comptent beaucoup sur l’odorat pour détecter leurs proies, leur odorat est une partie assez importante de leur identité”, a déclaré Murphy. “Les chats constituent une famille très diversifiée et nous avons toujours voulu comprendre comment la variation génétique joue un rôle dans la capacité des différentes espèces de chats à sentir dans leurs différents environnements.

“Les lions et les tigres présentent une assez grande différence entre certains gènes odorants impliqués dans la détection des phéromones, qui sont des produits chimiques que différents animaux libèrent dans l’environnement pour communiquer des informations sur leur identité, leur territoire ou leur danger”, a-t-il poursuivi.

“Nous pensons que la grande différence est liée au fait que les lions sont des animaux très sociaux vivant en groupes familiaux et que les tigres mènent une vie solitaire. Les lions peuvent avoir une dépendance réduite aux phéromones et autres substances odorantes parce qu’ils sont constamment à proximité d’autres lions, ce qui se reflète dans leur moindre dépendance aux phéromones et autres substances odorantes. gènes de ce type dans leur génome”, a-t-il déclaré.

Les tigres, quant à eux, doivent être capables de sentir leurs proies sur de très vastes territoires et de trouver des partenaires.

“Les tigres, en général, possèdent un vaste répertoire de récepteurs olfactifs et de phéromones”, a expliqué Murphy. “Nous pensons que cela est directement lié à la taille de leurs territoires et à la variété des environnements dans lesquels ils vivent.”

Les chats domestiques, en revanche, semblent avoir perdu un large éventail de gènes olfactifs.

“S’ils n’ont pas besoin de voyager aussi loin pour trouver ce dont ils ont besoin parce qu’ils vivent avec des gens, il est logique que la sélection naturelle ne préserve pas ces gènes”, a-t-il déclaré.

Murphy a partagé que son exemple préféré du projet est celui des récepteurs odorants du chat pêcheur, une espèce de chat sauvage adaptée au milieu aquatique et vivant en Asie du Sud-Est.

“Nous avons pu montrer que les chats pêcheurs ont conservé de nombreux gènes permettant de détecter les odeurs hydriques, ce qui est un trait assez rare chez les vertébrés terrestres”, a-t-il déclaré. “Toutes les autres espèces de chats ont perdu ces gènes spécifiques au fil du temps, mais les chats pêcheurs les possèdent toujours.”

Ces nouvelles informations sur les gènes olfactifs chez les chats ont été rendues possibles grâce à une nouvelle approche de séquençage du génome appelée trio binning, qui permet aux chercheurs de séquencer les régions les plus difficiles d’un génome.

Cette nouvelle technologie facilite également grandement la séparation de l’ADN maternel et paternel.

“Avec le trio binning, vous pouvez désormais prélever l’ADN d’un hybride F1 (un animal dont l’ADN est partagé à 50-50 entre les parents de différentes espèces) et séparer proprement l’ADN maternel et paternel, vous donnant ainsi deux ensembles complets d’ADN, un pour chacun. espèces parentales”, a déclaré Murphy. “Le processus est beaucoup plus simple et les résultats sont plus complets.”

Remplir les blancs

L’une des conclusions les plus importantes du projet est que les espèces de chats peuvent être similaires à bien des égards, mais que leurs différences comptent.

“Ces différences nous montrent à quel point ces animaux sont parfaitement adaptés à leur environnement naturel”, a déclaré Murphy. “Ils ne sont pas interchangeables, et ce sont des informations précieuses pour les défenseurs de l’environnement et tous ceux qui travaillent à préserver ou restaurer les espèces dans leurs habitats naturels.

“Par exemple, on ne peut pas supposer que les tigres de Sumatra et de Sibérie sont identiques”, a-t-il déclaré. “Leurs environnements sont très différents et ces populations de tigres ont probablement développé des adaptations génétiques spécialisées pour les aider à survivre dans ces endroits très différents.”

Il est également important que les scientifiques réalisent que les sections du génome les plus difficiles à assembler pourraient bien être la clé pour comprendre des systèmes corporels cruciaux comme l’immunité et la reproduction.

“Les gènes olfactifs ne sont pas les seuls qui ont été difficiles à séquencer et à étudier. Les scientifiques ont également eu du mal à séquencer les gènes immunitaires et reproducteurs, de sorte que les études précédentes manquent de ce type d’informations. Imaginez essayer d’étudier une maladie génétique chez les chats, les humains. , ou n’importe quelle espèce, d’ailleurs, sans avoir tous les éléments ; c’est pourquoi il est important d’assembler des génomes complets”, a déclaré Murphy.

Pour l’instant, Murphy et son équipe continueront d’appliquer les technologies de séquençage et d’assemblage du génome les plus avancées aux génomes des chats afin de fournir autant d’informations que possible sur le monde des chats.

L’étude a été conceptualisée par Bill Murphy, professeur VMBS de biosciences vétérinaires intégratives à Texas A&M, et Wes Warren, professeur de génomique au Bond Life Sciences Center de l’Université du Missouri. D’autres collaborations ont impliqué des chercheurs de l’Université de Washington, de l’University College de Dublin, de l’Institut de biologie des systèmes de Seattle, de l’Université d’État de Louisiane et du Centre océanographique Guy Harvey.