Un chien célèbre et une nouvelle approche puissante pour comprendre la biologie et l’histoire de l’évolution

Et vient maintenant un volet majeur de cette promesse. Dans ce que la chercheuse du Howard Hughes Medical Institute et la professeure HHMI Beth Shapiro appellent un trésor de recherche, plus de 150 chercheurs de 50 institutions publient 11 articles différents dans le numéro du 28 avril 2023 de Science. La recherche apporte de nouvelles connaissances du projet Zoonomia, un effort de collaboration sans précédent dirigé par Elinor Karlsson, directeur du groupe de génomique des vertébrés au Broad Institute du MIT et de Harvard, qui compare et analyse les génomes complets de 240 espèces de mammifères différentes, des oryctéropes aux zébus.

Les résultats de cette énorme quantité de données génétiques incluent l’identification des gènes qui sous-tendent la capacité d’hibernation ou la croissance du cerveau, ainsi que l’identification de la petite fraction de gènes qui rend les humains uniques. “Ces 11 articles ne sont qu’un échantillon du type de science qui peut être fait avec les nouvelles données génétiques”, explique Shapiro, professeur d’écologie et de biologie évolutive à l’Université de Californie à Santa Cruz. “Ils montrent à quel point ces grands consortiums et ces ensembles de données fondamentaux sont vraiment importants.”

Deux des articles, co-écrits par Shapiro et son équipe de Santa Cruz, innovent en montrant combien d’informations précieuses peuvent être trouvées dans les génomes d’une seule espèce, comme les orques en voie de disparition, ou même dans l’ADN d’un individu. Cet individu est un chien de traîneau nommé Balto, qui a été immortalisé dans des films et une statue pour avoir aidé à apporter l’antitoxine diphtérique salvatrice à Nome, en Alaska, lors d’un voyage épique à travers la nature sauvage de l’Alaska à l’hiver 1925. Avec juste un extrait du chien peau préservée et “ces nouvelles techniques incroyables que nous n’avions pas auparavant, nous avons pu faire cette chose scientifique cool”, explique Katie Moon, postdoc HHMI, auteur principal de l’article Balto et membre de l’équipe de Shapiro.

Extinctions massives

L’un des nouveaux articles de Shapiro aborde une question urgente et à enjeux élevés en matière de conservation. Les humains provoquent maintenant des extinctions massives et une grave perte de biodiversité à travers la planète. Mais quelles espèces sont les plus menacées ? Traditionnellement, les défenseurs de l’environnement ont abordé la question en comptant minutieusement le nombre d’individus dans une population et en estimant la quantité d’habitat restant. De tels efforts montrent que certaines espèces, comme les pumas en Californie, sur lesquels l’équipe de Shapiro a également travaillé, sont gravement menacées.

Mais que se passe-t-il si l’animal en question est l’une des milliers d’espèces pour lesquelles il n’existe pas de bonnes données sur la population ou l’habitat ? Pour ceux-là, s’est demandé l’équipe de Shapiro, serait-il possible d’estimer la menace d’extinction simplement en examinant les génomes des créatures à la recherche de “mauvais” gènes ou de preuves génétiques de consanguinité – les signes révélateurs de problèmes ?

Pour répondre à la question, les co-auteurs principaux, les scientifiques du HHMI Megan Supple et Aryn Wilder de la San Diego Zoo Wildlife Alliance, ont utilisé la « Liste rouge des espèces menacées » de l’Union internationale pour la conservation de la nature pour classer les 240 mammifères du projet Zoonomia. un continuum allant de “préoccupation mineure” à “en danger critique d’extinction”. Ensuite, ils ont recherché les signaux inquiétants dans le génome de chaque animal.

Les résultats montrent que les génomes sont remarquablement révélateurs. “Les informations codées même dans un seul génome peuvent fournir une évaluation des risques en l’absence de données écologiques ou de recensement de la population adéquates”, rapporte le document. Aucune bonne donnée n’existe sur le nombre ou les habitats du rat taupe aveugle des montagnes de la Haute Galilée, un petit rongeur creusant des tunnels, par exemple. Mais son génome montre que l’espèce se porte très bien, merci. En revanche, les données génomiques et écologiques des orques confirment que les épaulards sont en grave danger.

Le pouvoir prédictif des génomes peut être exploité dans l’effort d’identification et de sauvegarde des espèces en voie de disparition, suggère Shapiro. “Nous savons que nous n’aurons jamais assez d’argent pour la conservation, mais en utilisant ne serait-ce qu’un seul génome, nous pouvons trier les espèces”, explique-t-elle, identifiant rapidement et à peu de frais les créatures les plus menacées.

Championne des courses de chiens de traîneau

Les enjeux étaient plus faibles pour le deuxième article de l’équipe de Shapiro, l’effort de chiens de traîneau, mais c’était beaucoup plus amusant, disent les chercheurs. “J’espère que les gens prendront autant de plaisir à lire sur Balto que j’ai eu à travailler sur le projet”, déclare Moon.

Les origines du projet remontent en fait à quelques années. Heather Huson, une championne des courses de chiens de traîneau devenue généticienne animale à l’Université Cornell, donnait une conférence lors d’une réunion de vétérinaires de chiens de traîneau lorsque l’un des vétérinaires du public s’est demandé s’il serait possible d’extraire et d’analyser l’ADN d’une peau préservée. Il avait même en tête un sujet d’étude potentiel : Balto, dont le corps empaillé est exposé dans une vitrine au Cleveland Museum of Natural History.

Huson était accro à l’idée. “J’ai grandi avec les histoires sur Balto”, se souvient-elle. Mais elle n’avait aucune expérience de travail avec l’ancien ADN, “et je n’allais pas tout gâcher”, dit-elle. Elle a donc contacté la communauté de recherche sur l’ADN ancien. Le chemin a rapidement conduit à Beth Shapiro, une pionnière dans la révélation des secrets génétiques de créatures disparues comme les mastodontes et d’anciens humains dans le domaine appelé paléogénomique. “J’ai contacté Beth et elle a dit:” Nous pouvons le faire “”, explique Huson.

Les chercheurs ont obtenu un échantillon de la peau de Balto du musée de Cleveland et ont extrait l’ADN du chien de l’échantillon. Moonthen a fait le gros travail génétique dans l’ancien laboratoire d’ADN high-tech de l’UC Santa Cruz, lisant le code des extraits d’ADN de Balto suffisamment de fois pour couvrir l’ensemble de son génome 40 fois.

Normalement, les scientifiques apprendraient la génétique d’une espèce en partie en examinant les variations génétiques entre différents individus. Balto n’était qu’un individu, donc “le défi était de savoir comment faire un projet de recherche avec un seul chien”, explique Huson. Mais l’équipe avait un atout dans sa manche. En plus de pouvoir comparer le génome du chien de traîneau aux 240 mammifères du projet Zoonomia, ils pourraient également exploiter un référentiel génétique créé par Karlsson du Broad Institute qui contient les génomes complets de 682 chiens d’une grande variété de races. “C’est un ensemble de données incroyable”, déclare Moon. En raison des informations qu’il contient, “nous en savons tellement sur les chiens – quelles parties du génome les font ressembler à ce qu’ils font ou se comportent comme ils le font”, explique Moon. Ou, comme l’ajoute Shapiro, le projet Balto “a été l’occasion de réunir ces deux ensembles de données”.

Moment excitant

En utilisant uniquement les informations contenues dans les gènes de Balto, Kathleen Morrill, alors étudiante au doctorat dans le laboratoire de Karlsson à l’Université du Massachusetts Chan Medical School, a pu prédire à la fois la taille précise du chien et le fait que son pelage noir avait des reflets bronzés sur les bords – – qui n’apparaissent même pas sur la plupart des photos. Artiste talentueux, Morrill a pu dessiner un rendu, basé sur la génétique, plus précis que de nombreuses images. “Son dessin était ce à quoi Balto aurait ressemblé”, dit Moon. “C’était la première fois que quelqu’un faisait cela sur un individu qui était parti depuis près de 100 ans – et ce fut un moment vraiment excitant pour moi.” Cela valide également l’idée que les scientifiques peuvent utiliser la génomique pour imaginer avec précision à quoi ressemblaient vraiment des espèces éteintes depuis longtemps – pour lesquelles aucune image n’existe. “Cela montre que nous pouvons faire un très bon travail en prédisant leur apparence physique”, déclare Huson.

Il y avait aussi beaucoup d’autres pépites scientifiques dans l’ADN de Balto. Né dans le chenil du célèbre éleveur de chiens de traîneau Leonard Seppala en 1919, Balto est issu de chiens importés de Sibérie. “Mais l’une des choses les plus cool est à quel point Balto est proche des chiens de traîneau d’Alaska modernes ainsi que du husky sibérien”, déclare Huson. Son génome montre un mélange d’ancêtres, avec moins de gènes délétères par rapport aux races pures modernes comme les huskies sibériens et les malamutes d’Alaska. Son ADN est également riche en gènes dits de développement tissulaire, qui sont impliqués dans des fonctions telles que la croissance musculaire, le métabolisme et la consommation d’oxygène. “C’est exactement ce dont vous auriez besoin chez un chien de travail”, déclare Moon.

Pourtant, la génétique révèle également les limites de Balto. Les chiens de traîneau étaient à l’origine élevés pour une grande endurance, mais depuis l’époque de Balto, les éleveurs ont ajouté plus de vitesse. “Balto aurait pu être un chien de traîneau coriace avec beaucoup d’endurance, mais il n’aurait pas été très rapide”, explique Huson.

En fait, les experts en chiens de traîneau savent que Balto n’était pas vraiment le véritable héros du voyage salvateur de 1925. Cet honneur appartient à un chien nommé Togo, qui a dirigé l’équipe de Seppala sur la plus longue étape du trek de 674 milles, un étonnant 264 milles (comparé aux 53 milles de Balto sur le segment final). “Balto était le 2^nd chien de ficelle “, dit Huson. N’étant pas un matériel géniteur de premier ordre, il a été castré, contrairement à Togo, ” qui est le chien – la base de beaucoup de chiens de traîneau “, dit Huson. Donc, la prochaine étape, suggère-t-elle, est d’obtenir un échantillon des restes de Togo, maintenant conservés à Nome, afin de révéler le prochain chapitre de ce drame génétique canin .