La recherche utilise les génomes de 241 espèces et peut être utilisée pour soutenir les résultats en matière de santé animale et humaine

L’étude, publiée dans Science, fait partie d’une série d’articles publiés par le projet Zoonomia, un consortium de scientifiques du monde entier qui utilise le plus grand ensemble de données génomiques de mammifères de l’histoire pour déterminer l’histoire évolutive du génome humain dans le contexte de l’histoire évolutive des mammifères. Leur objectif ultime est de mieux identifier la base génétique des traits et des maladies chez les personnes et les autres espèces.

La recherche de l’Université Texas A&M – dirigée par le Dr. William J. Murphy, professeur au Département des biosciences intégratives vétérinaires, andDr. Nicole Foley, chercheuse associée au laboratoire de Murphy, est ancrée dans la phylogénie, une branche de la biologie qui traite des relations évolutives et de la diversification des organismes vivants et disparus.

“L’argument central est de savoir si les mammifères placentaires (mammifères qui se développent dans les placentas) ont divergé avant ou après l’événement d’extinction du Crétacé-Paléogène (ou K-Pg) qui a anéanti les dinosaures non aviaires”, a expliqué Foley. “En effectuant de nouveaux types d’analyses uniquement possibles en raison de la portée massive de Zoonomia, nous répondons à la question de savoir où et quand les mammifères se sont diversifiés et ont évolué par rapport à l’extinction massive de K-Pg.”

La recherche – qui a été menée avec des collaborateurs de l’Université de Californie à Davis ; Université de Californie, Riverside; et l’American Museum of Natural History – conclut que les mammifères ont commencé à se diversifier avant l’extinction du K-Pg à la suite de la dérive des continents, qui a provoqué la séparation et le rapprochement des masses terrestres de la Terre pendant des millions d’années. Une autre impulsion de diversification s’est produite immédiatement après l’extinction des dinosaures par K-Pg, lorsque les mammifères avaient plus d’espace, de ressources et de stabilité.

Ce taux accéléré de diversification a conduit à la riche diversité des lignées de mammifères – tels que les carnivores, les primates et les animaux à sabots – qui partagent la Terre aujourd’hui.

Les recherches de Murphy et Foley ont été financées par la National Science Foundation et font partie du projet Zoonomia dirigé par Elinor Karlsson et Kerstin Lindblad-Toh, du Broad Institute, qui compare également les génomes de mammifères pour comprendre la base de phénotypes remarquables — l’expression de certains gènes tels que les yeux bruns ou bleus – et les origines de la maladie.

Foley a souligné que la diversité parmi les mammifères placentaires se manifeste à la fois dans leurs traits physiques et dans leurs capacités extraordinaires.

“Les mammifères représentent aujourd’hui une énorme diversité évolutive – du vol sifflant de la minuscule chauve-souris bourdon au glissement languissant de l’énorme baleine bleue alors qu’elle nage à travers les vastes océans de la Terre. Plusieurs espèces ont évolué pour écholocaliser, certaines produisent du venin, tandis que d’autres ont évolué la résistance au cancer et la tolérance virale », a-t-elle déclaré.

“Pouvoir examiner les différences et les similitudes partagées entre les espèces de mammifères au niveau génétique peut nous aider à déterminer les parties du génome qui sont essentielles pour réguler l’expression des gènes”, a-t-elle poursuivi. “Le fait de peaufiner cette machinerie génomique chez différentes espèces a conduit à la diversité des traits que nous voyons chez les mammifères vivants d’aujourd’hui.”

Murphy a partagé que la phylogénie résolue des mammifères de Foley est cruciale pour les objectifs du projet Zoonomia, qui vise à exploiter la puissance de la génomique comparative comme outil pour la médecine humaine et la conservation de la biodiversité.

“Le projet Zoonomia a vraiment un impact car c’est la première analyse à aligner 241 génomes de mammifères divers en même temps et à utiliser ces informations pour mieux comprendre le génome humain”, a-t-il expliqué. “L’impulsion principale pour rassembler cet ensemble de données volumineuses était de pouvoir comparer tous ces génomes au génome humain, puis de déterminer quelles parties du génome humain ont changé au cours de l’histoire de l’évolution des mammifères.”

Il est important pour la médecine humaine de déterminer quelles parties des gènes peuvent être manipulées et quelles parties ne peuvent pas être modifiées sans nuire à la fonction du gène. Une étude récente enScience Médecine translationnelle dirigé par l’un des collègues de Murphy et Foley, le généticien Texas A&M, le Dr Scott Dindot, a utilisé l’approche de génomique comparative pour développer une thérapie amoléculaire pour le syndrome d’Angelman, une maladie neurogénétique rare et dévastatrice qui est déclenchée par la perte de fonction de la mère. UBE3A gène dans le cerveau.

L’équipe de Dindot a profité des mêmes mesures de contrainte évolutive identifiées par le projet Zoonomia et les a appliquées pour identifier une cible génétique cruciale mais jusque-là inconnue qui peut être utilisée pour sauver l’expression de UBE3A dans les neurones humains.

Murphy a déclaré que l’élargissement de la capacité de comparer les génomes de mammifères en utilisant le plus grand ensemble de données de l’histoire aidera à développer davantage de remèdes et de traitements pour les maladies d’autres espèces enracinées dans la génétique, y compris les chats et les chiens.

“Par exemple, les chats ont des adaptations physiologiques enracinées dans des mutations uniques qui leur permettent de consommer un régime exclusivement riche en graisses et en protéines qui est extrêmement malsain pour les humains”, a expliqué Murphy. “L’un des beaux aspects de l’alignement des 241 espèces de Zoonomia est que nous pouvons choisir n’importe quelle espèce (pas seulement humaine) comme référence et déterminer quelles parties du génome de cette espèce sont libres de changer et lesquelles ne peuvent pas tolérer le changement. Dans le cas des chats, par exemple, nous pouvons être en mesure d’aider à identifier les adaptations génétiques de ces espèces qui pourraient conduire à des cibles thérapeutiques pour les maladies cardiovasculaires chez l’homme.”

La phylogénie de Murphy et Foley a également joué un rôle déterminant dans de nombreux articles ultérieurs faisant partie du projet.

“C’est de la génomique par ruissellement”, a expliqué Foley. “L’une des choses les plus gratifiantes pour moi en travaillant dans le cadre d’un projet plus large a été de voir combien de projets de recherche différents ont été améliorés en incluant notre phylogénie dans leurs analyses. Cela inclut des études sur la génomique de la conservation des espèces en voie de disparition à celles qui ont examiné l’évolution de différents traits humains complexes.”

Foley a déclaré qu’il était à la fois significatif et gratifiant de répondre définitivement à la question très débattue sur le moment des origines des mammifères et de produire une phylogénie élargie qui jette les bases pour les prochaines générations de chercheurs.

“À l’avenir, cet alignement massif du génome et son historique de l’évolution du génome des mammifères seront à la base de tout ce que tout le monde fera lorsqu’il posera des questions comparatives chez les mammifères”, a-t-elle déclaré. “C’est plutôt cool.”