Les éléments transposables façonnent les génomes des reptiles

Les Éléments transposables (ETs) sont des séquences d'ADN répétées qui peuvent bouger dans le génome d'un organisme. Ils jouent un rôle crucial dans l'organisation et la diversité du matériel génétique, surtout chez les animaux avec des cellules complexes, appelés eucaryotes. Les ETs peuvent créer des mutations en se déplaçant à travers le génome, ce qui entraîne une diversité génétique. Cette diversité peut être influencée par des processus évolutifs, ce qui amène parfois le développement de nouvelles caractéristiques chez les organismes. Dans certaines espèces, les éléments transposables prennent une part importante du génome, allant de 10 % à 80 %. Pour les humains, les ETs représentent au moins 60 % de tout le génome, et un nombre plus élevé d'ETs est souvent associé à des tailles de génome plus grandes. Les études comparant le comportement des ETs entre différentes espèces donnent un aperçu de la façon dont la variation biologique évolue avec le temps.

Parmi les différents groupes d'animaux, certains ETs sont plus répandus que d'autres. Par exemple, chez les mammifères, les oiseaux et les reptiles (groupes appelés amniotes), le Cr1 (Chicken Repeat 1) rétrotransposon est l'une des familles d'ETs les plus communes et actives. Initialement décrit chez les poules, les éléments CR1 ressemblent à d'autres groupes de rétrotransposons trouvés chez les vertébrés, comme L1 et L2. Ils ont la capacité de se répliquer et de s'insérer dans de nouveaux emplacements génomiques en utilisant leurs propres protéines, dont la transcriptase inverse.

Bien que le CR1 soit moins courant dans les Génomes des mammifères-où d'autres familles comme L1 et les rétrotransposons non-autonomes dominent-c'est l'élément répétitif le plus répandu dans les génomes des oiseaux et des reptiles. Il constitue environ 4 % de la plupart des génomes d'oiseaux et peut atteindre jusqu'à 18 % chez certains reptiles. Bien que les séquences CR1 soient retrouvées chez diverses espèces amniotes, leur abondance et leurs origines évolutives diffèrent considérablement au sein de chaque groupe.

Les éléments CR1 peuvent être catégorisés en sous-familles, chacune ayant des histoires évolutives distinctes. Cette diversification peut montrer comment leurs génomes hôtes ont évolué. Les oiseaux ont généralement moins d'ETs en tout, y compris CR1, ce qui suggère un chemin évolutif unique par rapport à d'autres reptiles comme les tortues et les crocodiles, qui possèdent bien plus de copies de CR1 et un éventail plus large de sous-familles. Cette disparité indique que les rétrotransposons CR1 ont probablement vu le jour chez l'ancêtre commun de tous les amniotes, mais une grande partie de cette diversité a été perdue chez les oiseaux.

En dehors des tortues et des archosaures (un groupe composé d'oiseaux et de crocodiliens), il y a un groupe de reptiles appelés lépidossaures, qui inclut environ 11 000 espèces de lézards et de serpents, ainsi qu'une seule espèce de tuatara. Le génome du tuatara contient des éléments CR1 qui sont étroitement liés aux anciennes sous-familles CR1 trouvées chez les tortues, les crocodiliens et les mammifères. Des études phylogénétiques du CR1 chez le lézard anole vert ont montré une gamme de sous-familles CR1 diverses, indiquant que de nombreuses lignées anciennes de CR1 ont été perdues chez les espèces de squamates, similaire au schéma observé chez les oiseaux.

Les récents progrès en technologie génomique ont fourni de nouvelles perspectives sur l'histoire évolutive des rétrotransposons CR1 à travers différentes espèces. Cette étude se concentre sur une large gamme d'espèces de reptiles et d'oiseaux-345 au total-permettant une compréhension plus détaillée de l'activité et de la diversité du CR1 chez les squamates par rapport aux autres amniotes. La recherche identifie des motifs notables de perte et de rétention de CR1 au cours de l'histoire évolutive des squamates, soulignant des différences significatives dans la dynamique des ETs entre les différentes classes de vertébrés.

#Variation des nombres de copies de CR1 chez les squamates

Dans l'étude, les chercheurs ont examiné les séquences CR1 dans 113 espèces de squamates représentant sept groupes majeurs. Ils ont également inclus des tortues et des archosaures dans l'analyse. En utilisant la détection de répétitions de novo, ils ont identifié divers types de répétitions dans les génomes et créé un résumé de tous les types de répétitions détectées.

En moyenne, le CR1 était l'élément le plus dominant dans tous les génomes de reptiles, y compris les squamates. Les chercheurs ont calculé qu'il y avait plus de 10 milliards de paires de bases de séquences CR1 dans les génomes de squamates examinés. Cela signifie que le CR1 représentait environ 5,2 % du génome moyen des squamates, tandis que les rétrotransposons non-LTR, au total, constituaient environ 15,9 %.

La distribution des Insertions de CR1 variait largement entre les différents groupes de squamates. Par exemple, le groupe Lacertoidea et le groupe Serpentes présentaient une variation substantielle dans les nombres de copies de CR1. Dans ces groupes, certaines espèces avaient plus d'un million d'inserts de CR1, tandis que d'autres en avaient beaucoup moins. Fait intéressant, à la fois le nombre maximum et minimum de copies de CR1 ont été trouvés chez les serpents, avec une espèce ayant le nombre le plus élevé de copies de CR1 enregistré dans les génomes analysés.

En revanche, les tortues présentaient une gamme de nombres de copies de CR1 beaucoup plus étroite. Le nombre maximum de CR1 chez les tortues était d'environ 635 000, tandis que la valeur correspondante pour les crocodiliens était d'environ 528 000, montrant une dispersion de valeurs beaucoup plus réduite par rapport aux squamates.

Les oiseaux, quant à eux, avaient le plus bas nombre moyen de copies de CR1 parmi les groupes analysés. Leur moyenne était d'environ 176 000 inserts de CR1, ce qui reflète la taille de leurs génomes plus petits et une abondance globale d'ETs plus faible. Cependant, quelques espèces d'oiseaux, comme les piverts, montraient des nombres de CR1 plus élevés que la moyenne.

#Taux d'Évolution des nombres de copies de CR1 chez les squamates

Pour comprendre comment les nombres de copies de CR1 ont changé au fil du temps, les chercheurs ont estimé les taux d'insertion de CR1 chez les squamates par rapport aux tortues et aux archosaures. Ils ont utilisé une méthode statistique pour répartir les taux d'évolution du nombre de copies de CR1 à travers les branches de l'arbre des espèces pour chaque groupe.

Les résultats montrent que les taux d'évolution du nombre de copies de CR1 varient considérablement entre les squamates par rapport aux tortues et aux archosaures. La distribution des taux pour les squamates était beaucoup plus large que pour les deux autres groupes, indiquant une plus grande variabilité de l'activité du CR1 chez les squamates. Cela suggère que l'histoire évolutive du CR1 chez les squamates a été marquée par de nombreuses périodes de changement, tant en termes de gains que de pertes de copies de CR1.

Les résultats ont indiqué que le taux moyen d'évolution du nombre de copies de CR1 chez les squamates était négatif, ce qui signifie qu'avec le temps, il y a eu un déclin général des copies de CR1 dans le groupe dans son ensemble. Cependant, à la fois les tortues et les crocodiliens montraient des taux d'évolution de CR1 légèrement positifs, indiquant qu'ils ont connu des augmentations globales de leurs nombres de copies de CR1.

#Activité de CR1 au cours de l'histoire évolutive des squamates

Les chercheurs ont également examiné l'activité des insertions de CR1 au fil du temps, révélant que l'activité de CR1 chez les squamates est très variable entre différentes espèces et groupes. En analysant la proportion des insertions de CR1 et leurs âges, les chercheurs ont modélisé l'activité de CR1 à travers l'histoire évolutive des squamates.

Certaines espèces de squamates affichaient une plus grande part d'inserts de CR1 qui étaient relativement récents, indiquant une activité récente. En revanche, d'autres espèces montraient moins d'inserts de CR1 provenant de périodes plus récentes. Ce schéma indique que certaines espèces de squamates accumulent activement des copies de CR1, tandis que d'autres connaissent une baisse de l'activité de CR1.

Certaines espèces avec les nombres de copies de CR1 les plus élevés montraient des paysages de répétition distincts, soulignant des différences marquées dans la dynamique du CR1 parmi les squamates. Les résultats des chercheurs suggèrent que certaines lignées ont pu connaître des expansions rapides des éléments CR1, tandis que d'autres ont totalement perdu les éléments.

#Distribution et caractéristiques génomiques des insertions CR1

Pour mieux comprendre comment les rétrotransposons CR1 sont situés dans les génomes des squamates, les chercheurs ont analysé leurs emplacements et leur proximité par rapport aux gènes. Ils ont découvert que la plupart des inserts de CR1 étaient tronqués plutôt que de longueur complète, et que ces inserts avaient tendance à être situés plus loin des gènes codant des protéines, ou exons, par rapport aux régions intergéniques.

En moyenne, les inserts de CR1 étaient trouvés à environ 49 000 paires de bases du plus proche exon. Cette distance indique que les éléments CR1 ne sont pas couramment trouvés dans des régions activement utilisées pour coder des protéines, suggérant des pressions sélectives potentielles contre leur présence près des zones génomiques fonctionnelles.

L'étude a également enregistré des chevauchements entre les éléments CR1 et les exons, révélant qu'un petit nombre d'inserts de CR1 intersectaient réellement avec des régions codant des protéines. Cela souligne la tendance selon laquelle même si les éléments CR1 sont abondants chez les squamates, leur impact réel sur le codage des gènes peut ne pas être aussi significatif que leur nombre pourrait le laisser penser.

#Conservation et perte de sous-familles de CR1

Les chercheurs visaient à modéliser les parcours évolutifs des séquences CR1 de pleine longueur et actives qui ont historiquement été présentes dans les génomes des amniotes. Ils ont réalisé une analyse détaillée en utilisant des méthodes phylogénétiques à maximum de vraisemblance pour regrouper les séquences CR1 en sous-familles.

L'analyse a révélé plusieurs lignées de CR1 existant dans les génomes des amniotes. Beaucoup des sous-familles de CR1 identifiées parmi les reptiles étaient regroupées d'une manière qui ne correspondait pas aux relations phylogénétiques attendues de leurs organismes hôtes. En particulier, plusieurs sous-familles de CR1 crocodiliens étaient dispersées à travers l'arbre, mettant en lumière une histoire plus complexe que ce qui était compris précédemment.

Les résultats ont également indiqué que, bien que certaines lignées anciennes de CR1 persistent chez certains squamates, d'autres ont complètement disparu au cours de l'histoire évolutive. La persistance de certaines sous-familles de CR1 chez les squamates reflète des schémas d'héritage de leurs ancêtres communs, tandis que les pertes d'autres suggèrent une réponse évolutive dynamique aux environnements génomiques changeants.

#Conclusion

La recherche met en lumière les dynamiques complexes des éléments transposables dans l'évolution des génomes chez les squamates et leurs relations avec d'autres reptiles. Elle décrit des variations significatives dans l'abondance et l'activité des rétrotransposons CR1 parmi différents groupes de reptiles, fournissant un aperçu des schémas historiques de l'évolution génomique parmi les amniotes.

À travers l'analyse approfondie de diverses espèces, l'étude illustre comment les éléments CR1 peuvent influencer la taille du génome, la diversité génétique et la structure globale des génomes vertébrés. Les squamates se révèlent être un modèle prometteur pour comprendre les interactions en cours et complexes entre les éléments transposables et les forces évolutives qui façonnent les génomes sur de longues périodes.

Alors que les études futures exploreront plus en profondeur les rôles des ETs chez différentes espèces, les résultats de cette recherche continueront d'informer notre compréhension des mécanismes évolutifs sous-jacents à la diversité de la vie.