Le génome de la mouche des fruits contient des génomes complets d’un type de bactérie, selon une étude

Un génome de mouche des fruits n’est pas simplement constitué d’ADN de mouche des fruits, du moins pour une espèce de mouche des fruits. Une nouvelle recherche de l’Institut des sciences du génome (IGS) de la faculté de médecine de l’Université du Maryland (UMSOM) montre qu’une espèce de mouche des fruits contient des génomes complets d’un type de bactérie, ce qui en fait le plus grand transfert de matériel génétique d’une bactérie à un animal jamais découvert. La nouvelle recherche met également en lumière la façon dont cela se produit.

Les chercheurs de l’IGS, dirigés par Julie Dunning Hotopp, PhD, professeur de microbiologie et d’immunologie à l’UMSOM et à l’IGS, ont utilisé une nouvelle technologie de séquençage de gènes à lecture longue pour montrer comment les gènes de la bactérie Wolbachia étaient incorporés dans le génome de la mouche jusqu’à il y a 8 000 ans.

Les chercheurs disent que leurs découvertes montrent que, contrairement aux pinsons de Darwin ou aux pois de Mendel, la variation génétique n’est pas toujours petite, progressive et prévisible.

La scientifique Barbara McClintock a identifié pour la première fois les «gènes sauteurs» dans les années 1940, comme ceux qui peuvent se déplacer ou se transférer dans les génomes d’autres espèces. Cependant, les chercheurs continuent de découvrir son importance dans l’évolution et la santé.

Auparavant, nous n’avions pas la technologie pour démontrer sans équivoque que ces génomes à l’intérieur des génomes montrent un tel transfert latéral étendu de gènes des bactéries aux mouches. Nous avons utilisé le séquençage génétique à lecture longue de nouvelle génération pour faire cette découverte importante. »

Julie Dunning Hotopp, professeure, microbiologie et immunologie, faculté de médecine de l’Université du Maryland

La nouvelle recherche a été publiée dans le numéro de juin de biologie actuelle.

Dans le passé, les chercheurs devaient casser l’ADN en petits morceaux afin de le séquencer. Ils devaient ensuite les assembler, comme un puzzle, pour examiner un gène ou une section d’ADN. Cependant, le séquençage à lecture longue permet de séquencer plus de 100 000 lettres d’ADN, transformant un puzzle d’un million de pièces en un puzzle conçu pour les jeunes enfants.

En plus des longues lectures, les chercheurs ont validé les liens entre les gènes bactériens intégrés et le génome de la mouche des fruits hôte. Pour déterminer si les gènes de la bactérie étaient fonctionnels et pas seulement des fossiles d’ADN, les chercheurs ont séquencé l’ARN de la drosophile à la recherche spécifique de copies d’ARN créées à partir de modèles de l’ADN bactérien inséré. Ils ont montré que les gènes de la bactérie étaient codés dans l’ARN et ont été édités et réarrangés en séquences nouvellement modifiées indiquant que le matériel génétique est fonctionnel.

Une analyse de ces séquences uniques a révélé que l’ADN de la bactérie s’est intégré dans le génome de la drosophile au cours des 8 000 dernières années, exclusivement dans le chromosome 4, augmentant la taille du chromosome en formant environ 20 % du chromosome. génome supporte un mécanisme d’intégration basé sur l’ADN plutôt que sur l’ARN.

Le Dr Dunning Hotopp et ses collègues ont découvert un génome bactérien complet de la bactérie commune Wolbachia transféré au génome de la mouche des fruits Drosophila ananassae. Ils ont également trouvé un deuxième génome presque complet et bien plus avec près de 10 copies de certaines régions du génome bactérien.

« Il y a toujours eu des sceptiques quant au transfert latéral de gènes, mais notre recherche démontre clairement pour la première fois le mécanisme d’intégration de l’ADN de Wolbachia dans le génome de cette mouche des fruits », a déclaré le Dr Dunning Hotopp.

« Cette nouvelle recherche présente le meilleur de la science fondamentale », a déclaré le doyen E. Albert Reece, MD, PhD, MBA, qui est également vice-président exécutif des affaires médicales, UM Baltimore, professeur émérite John Z. et Akiko K. Bowers, et doyen de la faculté de médecine de l’Université du Maryland. « Cela ajoutera à notre compréhension de l’évolution et pourrait même nous aider à comprendre comment les microbes contribuent à la santé humaine. »

Wolbachia est une bactérie intracellulaire qui infecte de nombreux types d’insectes. Les Wolbachia transmettent leurs gènes maternellement par les œufs femelles. Certaines recherches ont montré que ces infections sont plus mutualistes que parasitaires, conférant des avantages aux insectes, comme la résistance à certains virus.

Séquencées à peine trois ans avant le génome humain, les mouches des fruits sont utilisées depuis longtemps dans la recherche génomique en raison de l’abondance de similitudes génétiques communes entre les humains et les mouches. En fait, 75 % des gènes responsables de maladies humaines se trouvent également chez la mouche des fruits.

Les auteurs de l’Institut des sciences du génome de l’École de médecine de l’Université du Maryland, au moment d’écrire ces lignes, comprennent Eric S. Tvedte; Mark Gasser; Xuechu Zhao, spécialiste de la recherche en laboratoire ; Luke J. Tallon, directeur scientifique exécutif, Maryland Genomics ; Lisa Sadzewicz, directrice exécutive, Maryland Genomics Administration ; Robin E. Bromley, superviseur de recherche en laboratoire ; Matthieu Chung; John Mattick, postdoc et Benjamin C. Sparklin.

Eric S. Tvedte est actuellement affilié au NCBI aux National Institutes of Health, Bethesda, MD; Mark Gasser est actuellement affilié au Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins, Laurel, MD; Matthew Chung est actuellement affilié à l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses des National Institutes of Health, Bethesda, MD ; et Benjamin C. Sparkin est actuellement affilié à AstraZeneca, Rockville, MD.

Ce travail a été soutenu par la subvention U19AI110820 de l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses et la subvention R01CA206188 des National Institutes of Health.