Génome – Le code de la vie à l’intérieur de tous les organismes vivants

génome

Qu’est-ce qu’un génome?

Le génome est l’ensemble du matériel qui porte les informations héréditaires d’une cellule ou d’une particule virale. Il existe sous forme de chromosomes, ADN , ou ARN dans le cas des virus à ARN. Dans un sens abstrait, cela inclut également l’intégralité des informations héréditaires d’un individu.

Le terme «génome» a été inventé par Hans Winkler en 1920. La recherche sur le génome étudie généralement la variation structurelle et les interactions entre les gènes .

Le génome humain est organisé en chromosomes, qui contiennent des séquences d’ADN contenant des gènes. La source: LoStrangolatore / CC BY 3.0
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Edité par Christina Swords, Ph.D.

Basiques

Les informations nécessaires à l’hérédité des traits sont contenues dans l’ADN. Plus précisément, il réside dans la séquence des bases ADN adénine (A), guanine (G), cytosine (C) et thymine (T). Les acides ribonucléiques utilisent la base uracile (U) au lieu de la thymine. Selon la règle du code génétique, trois bases consécutives signifient chacune un acide aminé.

Une distinction est faite entre les sections codantes et non codantes d’ADN. Les protéines sont formées à partir d’acides aminés au cours de l’expression génique selon la séquence de bases des sections codantes. Cependant, les régions non codantes peuvent également avoir des fonctions importantes, par exemple dans la régulation génique. Il existe également des pseudogènes: des gènes devenus sans fonction à cause de mutations et qui ne peuvent plus être lus par l’organisme.

En plus de l’ADN dans le noyau, du matériel génétique supplémentaire peut être trouvé dans d’autres parties de la cellule. Chez les eucaryotes, de petites séquences génomiques propres se trouvent dans les mitochondries (mitogénome, également chondriome). Dans les algues et les plantes terrestres, on les trouve presque toujours dans les chloroplastes et autres plastides (plastome). Les procaryotes (bactéries et archées) contiennent souvent des molécules d’ADN supplémentaires, relativement courtes et autonomes, appelées plasmides.

Organisation des génomes

Eucaryotes

Chez les eucaryotes, le génome nucléaire (caryome) se compose de plusieurs à nombreux chromosomes en forme de brin. L’ADN nucléaire est également appelé ADN nucléaire (ADNn). Le nombre de chromosomes est spécifique à l’espèce et peut varier de deux (chez le ver de cheval) à plusieurs centaines (chez certaines fougères).

Le nombre de chromosomes change également lorsque la phase nucléaire change (méiose et caryogamie). Les génomes eucaryotes ont également une forte proportion d’ADN non codant et la structure intron-exon dans ses gènes.

Procaryotes

Chez les procaryotes, l’ADN est présent sous la forme d’une longue molécule autonome. De plus, des molécules d’ADN plus courtes, également autonomes, appelées plasmides, peuvent être présentes en nombre variable. Ceux-ci peuvent être amplifiés indépendamment de l’ADN principal et transmis à d’autres cellules procaryotes (conjugaison), même au-delà des limites des espèces. En règle générale, ils ne contiennent que quelques gènes, qui par exemple médient la résistance aux antibiotiques.

Les génomes procaryotes sont généralement beaucoup plus petits que les génomes eucaryotes. Ils contiennent des parties non codantes relativement petites (5-20%) et également peu ou pas d’introns.

Organelles

Les génomes des mitochondries, des plastes et d’autres types d’hydrogénosomes sont organisés comme des procaryotes ». Selon la théorie endosymbiotique, on pense que ces organites existaient auparavant en tant que procaryotes libres. Ces «mitogénomes» et «plastomes» contiennent également une petite partie des gènes nécessaires à leur propre fonction. C’est pourquoi ces organites sont dits “semi-autonomes”.

Virus

Les génomes viraux sont très petits, car ils ne contiennent que quelques protéines. Les informations génétiques sont très condensées car différents gènes se chevauchent. Certaines sections peuvent également fonctionner comme des gènes dans différentes directions de lecture de séquence en même temps. Le génome viral (également appelé virom) peut

  • se composent d’ADN ou d’ARN,
  • cela peut être simple ou double brin,
  • être linéaire ou circulaire fermé, et
  • sont segmentés en plusieurs parties (multipartite) ou non segmentées (monopartite)

Les rétrovirus sont une particularité. Leur génome ARN peut être “traduit” en ADN par transcription inverse et intégré dans le génome hôte. Les propriétés des génomes des virus sont des critères importants pour leur classification.

Certains virus et en particulier les virophages (virus qui attaquent d’autres virus) possèdent des éléments génétiques mobiles (transposons, transpovirons, polintons). En général, leur totalité est également appelée un mobilome.

Viroïdes

L’ARN génomique des viroïdes est court. Il couvre entre 241 et 401 nucléotides et contient de nombreuses régions complémentaires qui forment des structures secondaires double brin. Les viroïdes n’ont pas d’enveloppe supplémentaire et sont 80 à 100 fois plus petits que les plus petits virus. Ils se reproduisent dans les cellules vivantes des plantes supérieures.

Tailles du génome

La taille du génome est la quantité d’ADN présente dans un génome. Chez les eucaryotes, cette information fait généralement référence à l’ensemble haploïde de chromosomes, également appelé valeur C. Soit le nombre de paires de bases présentes (pb), soit la masse d’ADN dans l’unité pg (picogramme) est donnée.

Un pg d’ADN double brin est constitué d’environ 0,978-109 pb, soit près d’un milliard de paires de bases. Différents organismes avoir un rapport picogrammes / paires de bases différent néanmoins et les deux unités ne sont pas toujours faciles à comparer.

Avec la facilité de séquençage du génome au cours de la dernière décennie, la mesure de la taille du génome en paires de bases est plus courante. Pour additionner 1 000 paires de bases, le terme «paires de kilobases» (kpb ou kb) est généralement utilisé. Pour un million de paires de bases, nous utilisons des «paires de mégabase» (Mbp ou Mb).

En 1972, le poumon éthiopien ( Protopterus aethiopicus ) est souvent cité comme un vertébré avec le plus grand génome à environ 133 pg . En 2014, le record a été battu par le criquet commun ( Locusta migratoria ) avec 6,3 Gbp . En 2018, 32 milliards de paires de bases ont été détectés à partir de l’axolotl mexicain ( Ambystoma mexicanum ).

L’axolotl mexicain ( Ambystoma mexicanum ) a le record le plus récent du plus grand génome chez les vertébrés à environ 32 Gbp. La source: Emőke Dénes / CC BY-SA 4.0 .

L’endosymbionte aux puces des feuilles Carsonella ruddii a le plus petit génome bactérien quantifié en 2006 . Sa molécule d’ADN circulaire ne contient qu’environ 160000 paires de bases, qui contiennent toutes les informations dont elle a besoin pour vivre.

L’ADN d’une seule cellule humaine mesure environ 1,80 m de long lorsqu’il est attaché ensemble. Théoriquement, une paire de bases a un contenu informationnel de 2 bits car elle peut prendre 4 états (A / T / G / C). Avec environ 3,27 milliards de paires de bases, son contenu d’information maximal serait de 6,54 milliards de bits ou 780 Mio.

Le contenu réel de l’information est vraisemblablement inférieur car de grandes parties de l’ADN contiennent des séquences non codantes avec des fonctions de régulation partielles. Selon le résultats du projet sur le génome humain en 2003, 99,99% du génome humain contient des gènes.

Il y a un manque de corrélation entre la taille du génome et la complexité de l’organisme, ou le «paradoxe de la valeur C». Par exemple, les caudés ont des génomes plus grands que les reptiles, les oiseaux et les mammifères. Les poissons-poumons et les poissons cartilagineux ont des génomes plus grands que les vrais poissons osseux. Dans les plantes à fleurs ou les protozoaires, cependant, la taille du génome varie considérablement.

La plus grande quantité d’ADN se trouve dans les eucaryotes simples tels que les amibes et les fougères primitives. Ces organismes ont environ un billion de paires de bases. Leur génome contient également des gènes individuels sous forme de milliers de copies et de longues sections non codantes pour les protéines.