La régulation distale – la capacité de contrôler les gènes de loin, sur plusieurs dizaines de milliers de lettres d’ADN – est apparue à l’aube même de l’évolution animale, entre 650 et 700 millions d’années (période cryogénienne) – environ 150 millions d’années plus tôt qu’auparavant.
La régulation distale repose sur l’ADN et les protéines pliant physiquement en boucles sophistiquées.
Cela permet aux régions loin du point de départ d’un gène d’activer sa fonction.
Cette couche supplémentaire de contrôle a probablement aidé les premiers animaux multicellulaires à construire des types de cellules et des tissus spécialisés sans inventer de nouveaux gènes.
L’innovation critique est probablement originaire d’une créature marine, de l’ancêtre commun ou de tous les animaux existants.
L’animal ancien a évolué la capacité de plier l’ADN de manière contrôlée, créant des boucles dans l’espace 3D qui ont apporté des bits d’ADN éloignés en contact direct les uns avec les autres.
« Cette créature pourrait réutiliser sa boîte à outils génétique de différentes manières comme un couteau suisse, lui permettant d’affiner et d’explorer des stratégies de survie innovantes », a déclaré le Dr Iana Kim, chercheur postdoctoral au Center for Genomic Regulation et le Centre nacional D’Anàlis Genòmica.
«Nous ne nous attendions pas à ce que cette couche de complexité soit si ancienne.»
Le Dr Kim et ses collègues ont fait la découverte en explorant les génomes de nombreuses branches les plus anciennes de l’arbre généalogique animal, y compris des gelées de peigne comme la noix de mer (Mnemiopsis Leidyi), des placozoaires, des cnidaires et des éponges.
Ils ont également étudié des parents unicellulaires qui ne sont pas des animaux mais partagent un ancêtre commun récent.
« Vous pouvez découvrir beaucoup de nouvelles biologies en regardant des créatures marines étranges », a déclaré le professeur Arnau Sebe-Pedrós, chercheur au Center for Genomic Regulation.
«Jusqu’à présent, nous comparions les séquences du génome, mais grâce à de nouvelles méthodes, nous pouvons désormais analyser quels mécanismes de régulation des gènes contrôlent la fonction du génome entre les espèces.»
Les chercheurs ont utilisé une technique appelée micro-C pour cartographier comment l’ADN se plie physiquement à l’intérieur des cellules de chacune des 11 espèces différentes qu’ils ont étudiées. Pour l’échelle, chaque noyau cellulaire humain contient environ 2 m d’ADN.
Les scientifiques ont passé en revue 10 milliards de données de séquençage pour construire en détail la carte du génome 3D de chaque espèce.
Bien qu’il n’y ait aucune preuve de réglementation distale chez les parents à cellule unique d’animaux, des animaux de ramification précoce comme les gelées de peigne, les placozoaires et les cnidaires avaient de nombreuses boucles.
La noix de mer à elle seule avait plus de quatre mille boucles à l’échelle du génome.
La constatation est surprenante étant donné que son génome ne fait que 200 millions de lettres ADN.
En comparaison, le génome humain dure 3,1 milliards de lettres et nos cellules peuvent avoir des dizaines de milliers de boucles.
Jusqu’à présent, la régulation distale serait apparue pour la première fois dans le dernier ancêtre commun des bilatérians, un groupe de nombreux types d’animaux différents qui sont apparus pour la première fois sur Terre il y a environ 500 millions d’années.
Cependant, les gelées de peignes sont issues de formes de vie qui ont divergé tôt des autres lignées animales il y a environ 650 à 700 millions d’années.
« La question de savoir si les gelées de peigne sont plus anciennes que les éponges dans l’arbre de vie est un débat de longue date dans les cercles de biologie évolutive, mais l’étude démontre que la réglementation distale est survenue au moins 150 millions d’années plus tôt qu’auparavant », ont déclaré les auteurs.
