Un génome de mouche des fruits n’est pas seulement composé d’ADN de mouche des fruits – du moins pour une espèce de mouche des fruits. Une nouvelle recherche de l’Institut des sciences du génome (IGS) de l’École de médecine de l’Université du Maryland (UMSOM) montre qu’une espèce de mouche des fruits contient des génomes entiers d’un type de bactérie, ce qui en fait le plus grand transfert de matériel génétique de bactérie à animal jamais réalisé. découvert. La nouvelle recherche met également en lumière la façon dont cela se produit.
Les chercheurs de l’IGS, dirigés par Julie Dunning Hotopp, PhD, professeur de microbiologie et d’immunologie à l’UMSOM et à l’IGS, ont utilisé une nouvelle technologie de séquençage génétique à longue lecture pour montrer comment les gènes de la bactérie Wolbachia se sont incorporés dans le génome de la mouche jusqu’à il y a 8 000 ans.
Les chercheurs affirment que leurs découvertes montrent que, contrairement aux pinsons de Darwin ou aux pois de Mendel, la variation génétique n’est pas toujours petite, progressive et prévisible.
La scientifique Barbara McClintock a identifié pour la première fois les « gènes sauteurs » dans les années 1940, comme ceux qui peuvent se déplacer ou se transférer dans les génomes d’autres espèces. Cependant, les chercheurs continuent de découvrir leur importance dans l’évolution et la santé.
« Nous n’avions pas auparavant la technologie pour démontrer sans équivoque ces génomes à l’intérieur de génomes montrant un transfert génique latéral aussi étendu de la bactérie à la mouche », a expliqué le Dr Dunning Hotopp. « Nous avons utilisé un séquençage génétique à lecture longue de pointe pour faire cette découverte importante. »
La nouvelle recherche a été publiée dans le numéro de juin de Biologie actuelle.
Dans le passé, les chercheurs devaient briser l’ADN en petits morceaux afin de le séquencer. Ensuite, ils devaient les assembler, comme un puzzle, pour examiner un gène ou une section d’ADN. Le séquençage à lecture longue, cependant, permet des séquences de plus de 100 000 lettres d’ADN, transformant un puzzle d’un million de pièces en un puzzle conçu pour les tout-petits.
En plus des longues lectures, les chercheurs ont validé les jonctions entre les gènes de bactéries intégrés et le génome de la mouche des fruits hôte. Pour déterminer si les gènes de la bactérie étaient fonctionnels et pas seulement des fossiles d’ADN, les chercheurs ont séquencé l’ARN des mouches des fruits en recherchant spécifiquement des copies d’ARN créées à partir de modèles de l’ADN bactérien inséré. Ils ont montré que les gènes de la bactérie étaient codés dans l’ARN et ont été édités et réarrangés en séquences nouvellement modifiées indiquant que le matériel génétique est fonctionnel.
Une analyse de ces séquences uniques a révélé que l’ADN de la bactérie s’est intégré au génome de la mouche des fruits au cours des 8 000 dernières années – exclusivement dans le chromosome 4 – augmentant la taille du chromosome en constituant environ 20 % du chromosome 4. L’intégration du génome bactérien complet prend en charge un ADN -basé plutôt que sur un mécanisme d’intégration basé sur l’ARN.
Le Dr Dunning Hotopp et ses collègues ont découvert un génome bactérien complet de la bactérie commune Wolbachia transféré dans le génome de la mouche des fruits Drosophila ananassae. Ils ont également trouvé presque un deuxième génome complet et bien plus encore avec près de 10 copies de certaines régions du génome bactérien.
« Il y a toujours eu des sceptiques quant au transfert latéral de gènes, mais notre recherche démontre clairement pour la première fois le mécanisme d’intégration de l’ADN de Wolbachia dans le génome de cette mouche des fruits », a déclaré le Dr Dunning Hotopp.
« Cette nouvelle recherche montre la science fondamentale à son meilleur », a déclaré le doyen E. Albert Reece, MD, PhD, MBA, qui est également vice-président exécutif des affaires médicales, UM Baltimore, professeur émérite John Z. et Akiko K. Bowers, et doyen de la faculté de médecine de l’Université du Maryland. « Cela contribuera à notre compréhension de l’évolution et pourrait même nous aider à comprendre comment les microbes contribuent à la santé humaine. »
Wolbachia est une bactérie intracellulaire qui infecte de nombreux types d’insectes. Wolbachia transmet ses gènes maternellement par les ovules femelles. Certaines recherches ont montré que ces infections sont plus mutualistes que parasitaires, conférant des avantages aux insectes, comme la résistance à certains virus.
Séquencées à peine trois ans avant le génome humain, les mouches des fruits sont utilisées depuis longtemps dans la recherche génomique en raison de l’abondance de similitudes génétiques communes mouche-humain. En fait, 75% des gènes responsables de maladies humaines se trouvent également chez la mouche des fruits.
Les auteurs de l’Institute of Genome Sciences, Université du Maryland School of Medicine, au moment de la rédaction, comprennent Eric S. Tvedte; Mark Gasser; Xuechu Zhao, spécialiste de la recherche en laboratoire ; Luke J. Tallon, directeur scientifique exécutif, Maryland Genomics ; Lisa Sadzewicz, directrice exécutive, Maryland Genomics Administration ; Robin E. Bromley, superviseur de recherche de laboratoire ; Matthieu Chung; John Mattick, PostDoc, et Benjamin C. Sparklin.
Eric S. Tvedte est actuellement affilié au NCBI aux National Institutes of Health, Bethesda, MD; Mark Gasser est actuellement affilié au Laboratoire de physique appliquée, Université Johns Hopkins, Laurel, MD; Matthew Chung est actuellement affilié à l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses des National Institutes of Health, Bethesda, MD ; et Benjamin C. Sparkin est actuellement affilié à AstraZeneca, Rockville, MD.
Ce travail a été soutenu par la subvention U19AI110820 du National Institute of Allergy and Infectious Diseases et la subvention R01CA206188 des National Institutes of Health.
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