Génome
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Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce encodé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des molécules d'ARN). Il contient en particulier toutes les séquences codantes (traduites en protéines) et non-codantes (transcrites en ARN, non traduites).
La science qui étudie le génome est la génomique.
Les génomes dans le monde vivant
Chez les virus, le génome est contenu soit dans une (ou plusieurs) molécule(s) d'ADN ou d'ARN, à simple ou double brin.
Chez les procaryotes (bactéries et archées), on distingue le génome chromosomique, contenu dans une molécule d'ADN généralement circulaire, et le génome extrachromosomique, contenu dans des plasmides et des épisomes.
Chez les eucaryotes, on distingue :
- le génome nucléaire, contenu dans le noyau qui caractérise les eucaryotes. C'est de ce génome dont on parle en général quand on parle du génome d'un eucaryote (un animal, une plante, un champignon) ;
- les génomes non-nucléaires, contenus dans des organites :
- le génome mitochondrial, contenu dans les mitochondries, chez la plupart des eucaryotes ;
- le génome chloroplastique, contenu dans les chloroplastes, chez les plantes et les algues eucaryotes.
Chez quelques eucaryotes (par exemple la levure) sont aussi présents des plasmides (de taille réduite).
Chez l'homme en particulier (organisme eucaryote), le génome nucléaire est réparti sur 46 chromosomes, soit 22 paires d'autosomes et deux gonosomes. Il ne faut pas confondre le génome et le caryotype, qui caractérise les chromosomes.
Taille du génome
La taille du génome se mesure en nombre de nucléotides, ou bases. La plupart du temps, on parle de pb (pour paire de bases, puisque la majorité des génomes est constituée de doubles brins d'ADN ou bien d'ARN). On emploie souvent les multiples kb (pour kilo-base) ou Mb (méga-base), qui valent respectivement 1 000 et 1 000 000 bases. La taille du génome peut aussi être exprimée en pg (pico-grammes), ce qui correspond à la masse d'ADN (haploïde) par cellule. 1 pg représente environ 1 000 Mpb (978 Mpb précisément).
La taille du génome peut varier de quelques kilo-bases chez les virus à plusieurs centaines de milliers de Mb chez certains eucaryotes. La quantité d'ADN, contrairement à ce qui a été longtemps supposé, n'est pas proportionnelle à la complexité d'un organisme ; ainsi, l'amibe Amoeba dubia, un organisme unicellulaire, a un génome environ 200 fois plus grand que Homo sapiens. Ce constat est fréquemment appelé paradoxe de la valeur C.
| Organisme | Taille du génome (Mpb) | Nombre de gènes protéiques estimés | |
|---|---|---|---|
| Virus | Virus de la grippe | 0,013 | |
| Bactériophage λ | 0,05 | ||
| Bactériophage T4 | 0,165 | ||
| Mimivirus | 1,2 | 1260 | |
| Bactéries | Mycoplasma pneumoniae | 0,816 | 689 |
| Pelagibacter ubique | 1,3 | 1354 | |
| Haemophilus | 1,8 | 1657 | |
| Staphylococcus aureus | 2,8 | 2619 | |
| Bacillus subtilis | 4,2 | 4106 | |
| Escherichia coli | 4,64 | 4243 | |
| Archaea | Nanoarchaeum equitans | 0,49 | 536 |
| Pyrococcus abyssi | 1,77 | 1898 | |
| Sulfolobus solfataricus | 3 | 2977 | |
| Eucaryotes | Encephalitozoon cuniculi | 2,9 | 1996 |
| Saccharomyces cerevisiae (levure) | 12 | 5863 | |
| Plasmodium falciparum | 21,8 | 5314 | |
| Caenorhabditis elegans (nématode) | 100 | 22 628 | |
| Drosophila melanogaster (insecte) | 118 | 16 548 | |
| Arabidopsis thaliana (plante) | 119 | 28 159 | |
| Populus trichocarpa (peuplier) | 485 | 45 500 | |
| Zea mais (maïs) | 5 000 | ||
| Mus musculus (souris) | 3 400 | 30 000 | |
| Homo sapiens (homme) | 3 400 | 26 517 | |
| Amoeba dubia | 675 000 |
Le génome humain était estimé à un peu plus de 30 000 gènes. Cette estimation a été revue à la baisse par la suite, et est actuellement estimée à environ 20 500 - un peu moins que la plante Arabidopsis thaliana (27 000 gènes).
La séquence complète du dernier chromosome dans le génome humain (chromosome 1, le plus grand, contenant à lui seul 8% de ce génome) a été obtenue en mai 2006.
L'annotation des génomes
L’annotation d’un génome consiste à traiter l’information brute contenue dans la séquence dans le but :
- de prédire, le contenu en gènes, la position des gènes à l’interieur d’un génome (le début, la fin, et chez les eucaryotes, les introns et les exons), ainsi que leur organisation (gènes uniques ou en opéron, avec des séquences promotrices, des terminateurs, des sites de fixation ribosomaux (RBS) …). Dans ce cas, on parle d’annotation structurale.
- de prédire la fonction potentielle de ces gènes (leur attacher une étiquette, portant leur nom probable, leur fonction probable, leurs interactions probables). Dans ce cas on parle d'annotation fonctionnelle .
Les 2 types d’annotations
- L’annotation peut être automatique c'est-à-dire s’appuyer uniquement sur des algorithmes recherchant des similarités (de séquence, de structure, de motifs, …), permettant de prédire (en fait deviner) la fonction d’un gène. Elle aboutit au transfert « automatique » de l’information figurant dans l’étiquette d’un gène « similaire » d’un génome déjà annoté au génome en cours d’annotation
- L’annotation automatique est parfois complétée par une annotation manuelle par des experts qui valident ou invalident la prédiction en fonction de leurs connaissances ou de résultats expérimentaux. Celle-ci peut ainsi éviter le transfert automatique d’erreurs et donc leur propagation, ce qui peut devenir le grand problème que devra confronter la génomique, compte tenu de l'afflux massif de données issues en particulier, des nouvelles techniques de séquençage (voir pyroséquençage).
Notes et références
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- (en) Genomesize.com
Bibliographie
Filmographie
- Conférence intitulée « Génome et Cancer » par Mark Lathrop, pour l'Université de tous les savoirs (vidéo de 57 mn), 21 juin 2008
