La technologie du séquençage de l’ADN aide les scientifiques à élucider les questions que les humains se posent sur les animaux depuis des siècles. En cartographiant les génomes animaux, nous avons maintenant une meilleure idée de la façon dont la girafe a eu son énorme cou et pourquoi les serpents sont si longs. Le séquençage du génome nous permet de comparer et de mettre en contraste l’ADN de différents animaux et de voir comment ils ont évolué à leur manière.
Mais dans certains cas, nous sommes confrontés à un mystère. Certains génomes animaux semblent manquer de certains gènes, ceux qui apparaissent dans d’autres espèces similaires et doivent être présents pour maintenir les animaux en vie. Ces gènes apparemment absents ont été surnommés « ADN noir » (dark DNA). Et son existence pourrait changer notre façon de penser l’évolution.
Mes collègues et moi avons rencontré ce phénomène pour la première fois lorsque nous avons séquencé le génome du rat des sables (Psammomys obesus), une espèce de gerbille qui vit dans les déserts. Nous voulions en particulier étudier les gènes de la gerbille liés à la production d’insuline, afin de comprendre pourquoi cet animal est particulièrement sensible au diabète de type 2.
Mais lorsque nous avons cherché un gène appelé Pdx1 qui contrôle la sécrétion d’insuline, nous avons découvert qu’il manquait, tout comme 87 autres gènes qui l’entouraient. Certains de ces gènes manquants, dont le Pdx1, sont essentiels et sans eux, un animal ne peut pas survivre. Alors, où sont-ils ?
Le premier indice était que, dans plusieurs tissus corporels de rats de sable, nous avons trouvé les produits chimiques que les instructions des gènes « manquants » allaient créer. Cela ne serait possible que si les gènes étaient présents quelque part dans le génome, indiquant qu’ils n’étaient pas vraiment absents mais simplement cachés.
Les séquences d’ADN de ces gènes sont très riches en molécules G et C, deux des quatre molécules de base qui composent l’ADN. Nous savons que les séquences riches en GC causent des problèmes pour certaines technologies de séquençage d’ADN. Il est donc plus probable que les gènes que nous recherchions étaient difficiles à détecter plutôt qu’absents. C’est pour cette raison que nous appelons la séquence cachée « ADN noir » comme référence à la matière noire, dont nous pensons qu’elle constitue environ 25% de l’univers, mais que nous ne pouvons pas réellement détecter.
En étudiant davantage le génome du rat des sables, nous avons découvert qu’une partie de celui-ci en particulier présentait beaucoup plus de mutations que les autres génomes de rongeurs.
Tous les gènes de ce hotspot de mutation ont un ADN très riche en GC et ont subi des mutations à un point tel qu’il est difficile de les détecter à l’aide de méthodes standard. Une mutation excessive empêche souvent un gène de fonctionner, mais les gènes du rat des sables parviennent à remplir leur rôle malgré un changement radical de la séquence d’ADN.
Ce genre d’ADN noir a déjà été trouvé chez les oiseaux. Les scientifiques ont découvert que 274 gènes sont « manquants » dans les génomes d’oiseaux actuellement séquencés. Il s’agit notamment du gène de la leptine (hormone qui régule l’équilibre énergétique), que les scientifiques n’ont pas réussi à trouver depuis de nombreuses années. Une fois de plus, ces gènes ont une teneur en GC très élevée et leurs produits se retrouvent dans les tissus de l’organisme des oiseaux, même si les gènes semblent manquer dans les séquences du génome.
Faire la lumière sur l’ADN noir
La plupart des définitions de l’évolution dans les manuels indiquent qu’elle se produit en deux étapes : une mutation d’abord, puis une sélection naturelle. La mutation de l’ADN est un processus courant et continu, qui se produit de façon totalement aléatoire. La sélection naturelle permet ensuite de déterminer si les mutations sont conservées et transmises ou non, généralement en fonction de leur succès reproductif.
En bref, la mutation crée la variation de l’ADN d’un organisme, la sélection naturelle décide si elle reste ou pas, et donc oriente la direction de l’évolution.
Mais les points chauds de mutation élevée à l’intérieur d’un génome signifient que les gènes ont, à certains endroits, une plus grande chance de muter que d’autres. Cela signifie que de tels points chauds pourraient être un mécanisme sous-estimé qui pourrait aussi biaiser la direction de l’évolution, ce qui signifie que la sélection naturelle ne peut pas être la seule force motrice.
Jusqu’ à présent, l’ADN noir semble être présent chez deux types d’animaux très divers et distincts. Mais on ne sait pas encore très bien à quel point il pourrait être répandu. Est-ce que tous les génomes animaux pourraient contenir de l’ADN noir et, si ce n’est pas le cas, pourquoi les gerbilles et les oiseaux sont-ils si uniques ?
Le casse-tête le plus passionnant à résoudre sera de déterminer l’effet de l’ADN noir sur l’évolution animale. Dans l’exemple du rat des sables, le point chaud de la mutation peut avoir rendu possible l’adaptation de l’animal à la vie dans le désert. Mais d’un autre côté, la mutation a pu se produire si rapidement que la sélection naturelle n’a pas été en mesure d’agir assez vite pour éliminer tout ce qui est nuisible dans l’ADN.
Si c’est vrai, cela signifierait que les mutations nuisibles pourraient empêcher le rat des sables de survivre en dehors de son environnement désertique actuel.
La découverte d’un phénomène aussi étrange soulève certainement des questions sur l’évolution des génomes et sur ce qui aurait pu être omis des projets de séquençage du génome existants. Peut-être devrions-nous y retourner et regarder de plus près.
Adam Hargreaves, chercheur postdoctoral, Université d’Oxford.
