GÉNOMIQUE Théorie et applications
Avec la fin du xxe siècle, le génie génétique est entré dans sa maturité. Les techniques de base, définies dans le courant des années 1960, se sont perfectionnées, simplifiées et en partie automatisées. Les plus importantes sont : le clonage de gènes, l'amplification de gènes (PCR, pour Polymerase Chain Reaction), la détermination de la séquence des bases (nucléotides) des gènes, la synthèse chimique des fragments de gène ou de gènes entiers, la mutation des gènes isolés, la construction de gènes fonctionnels et le transfert de gènes dans des cellules, ou des organismes entiers, pour observer les effets produits ou pour exploiter les organismes modifiés de la sorte. Ainsi, la génomique, c'est-à-dire l'étude des ensembles de gènes qui caractérisent les différentes espèces et définissent leur génome, est passée d'une phase descriptive à une phase d'expérimentation fonctionnelle.
L'analyse des génomes
Les bactéries possèdent environ 2 000 gènes, les levures 5 000, les plantes et les animaux 20 000. Ces gènes sont contenus dans 4 × 106 paires de bases chez les bactéries, 2 × 107 chez les levures, 108 à 1011 chez les plantes et 3 × 109 chez les animaux supérieurs. Définir l'ordre des bases d'un grand génome est une opération délicate en raison non seulement de sa taille mais aussi de la présence de nombreuses séquences répétées qu'il est difficile de positionner correctement dans l'ADN.
La cartographie génétique des génomes
Pour pouvoir commencer à connaître et exploiter les génomes, avant d'en déterminer la structure intime, il est apparu intéressant d'en dresser une carte. Les 3 × 109 paires de bases qui sont contenues dans 1,8 mètre d'ADN, lui-même présent dans chacune des cellules humaines, occuperaient un livre de 100 mètres d'épaisseur, écrit avec les seules lettres ATGC correspondant aux bases de l'ADN, le tout sans ponctuation ni indication particulière. La cartographie des génomes consiste à situer, le long des chromosomes, des séquences d'ADN connues. Celles-ci ne sont le plus souvent pas choisies particulièrement en fonction des informations génétiques qu'elles contiennent. Il est au contraire apparu plus judicieux de localiser des centaines ou des milliers de séquences courtes, répétées et réparties dans l'ensemble de la plupart des génomes. De telles séquences, composées du motif GT par exemple, répété de 15 à 20 fois, sont réparties dans l'ensemble des génomes des animaux. Appelées microsatellites, elles sont héritables, comme tout fragment d'ADN, mais également très polymorphes car manifestement peu soumises à une pression de sélection. Il a été possible de définir la position des milliers de microsatellites chez l'homme, la souris, les principaux animaux domestiques et les principales plantes cultivées. Cette cartographie est progressivement étendue à un plus grand nombre d'espèces, et elle s'affine en contenant un nombre croissant de marqueurs de plus en plus précisément localisés. Aujourd'hui, elle reste un outil important seulement pour les espèces où la séquence du génome n'a pas été établie dans sa totalité.
La cartographie physique des génomes
Les génomes peuvent être découpés en morceaux de taille variable contenant statistiquement de un à plusieurs centaines de gènes. Ces fragments sont introduits dans des vecteurs de clonage dont le type dépend de la longueur des fragments d'ADN qui y sont insérés. Le séquençage partiel des fragments permet de les ordonner. On dispose donc ainsi de l'ensemble d'un génome dans une série de vecteurs dont les séquences se recouvrent partiellement. Ces ensembles de vecteurs constituent des banques génomiques. À tout instant, il est possible de rechercher le vecteur contenant un gène potentiellement intéressant[...]
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Écrit par
- Louis-Marie HOUDEBINE : directeur de recherche, unité de biologie du développement et reproduction, Institut national de la recherche agronomique
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