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Comment de nouveaux gènes sont-ils créés par duplication de gènes ? Découvrir l'évolution des familles de gènes !
Une famille de gènes est un groupe de gènes similaires qui sont des copies d’un seul gène original et qui ont généralement des fonctions biochimiques similaires. La duplication de ces gènes forme des réseaux génétiques complexes qui pilotent l’évolution de la biodiversité et de l’adaptabilité. En prenant comme exemple le gène de l’hémoglobine humaine, les scientifiques ont découvert que dix gènes sont situés sur différents chromosomes, formant deux groupes de gènes, à savoir l’α-hème et le β-hème.
« Le processus de duplication et de mutation des gènes est une force motrice importante de l'évolution biologique. »
Les gènes sont regroupés en familles en fonction de séquences de nucléotides ou de protéines partagées. Grâce à des techniques phylogénétiques, les scientifiques ont pu examiner plus rigoureusement l’ascendance commune de ces gènes. Les chercheurs peuvent comparer les similitudes en fonction des séquences protéiques codées par les gènes, une approche qui fournit des informations plus approfondies que de simples comparaisons de séquences d’ADN, reflétant l’importance des familles de gènes en biologie.
Structure de la famille des gènes
Le processus de formation d'une famille de gènes commence en fait par de multiples duplications de gènes ancestraux et, au fil du temps, ces gènes divergent par mutations. Dans une lignée, des duplications peuvent se produire au sein d'une espèce (par exemple, les humains peuvent avoir deux copies d'un gène alors que les chimpanzés n'en ont qu'une) ou à la suite d'une divergence d'espèces. Dans ce cas, un gène peut n’avoir qu’une seule présence dans l’espèce ancestrale mais apparaître plusieurs fois dans différentes espèces en raison de la divergence des espèces.
Types de réplication génétique
Dans le processus de formation de la famille de gènes, les scientifiques divisent la duplication en quatre niveaux principaux : la duplication et la recombinaison des exons, la duplication du gène entier, l'expansion de la famille multigénique et la duplication du génome entier. La duplication des gènes n’est pas seulement un moyen important de créer de nouveaux gènes, mais également la clé pour accroître la diversité génétique.
« La duplication des gènes permet l’émergence de nouvelles fonctions génétiques, et la mutation joue un rôle important dans ce processus. »
Lorsque les gènes sont dupliqués, certains peuvent conserver leurs fonctions d'origine, tandis que d'autres peuvent acquérir de nouvelles fonctions après mutation. Ceci est étroitement lié à la pression de sélection des espèces au cours de l’histoire géologique, qui fait que certains gènes gagnent davantage de copies à mesure que l’environnement change, s’adaptant ainsi aux nouveaux défis de survie.
Mouvement et différenciation des gènes
Les membres des gènes existent sous diverses formes au sein d'une famille de gènes ; certains gènes peuvent être adjacents les uns aux autres en raison d'une duplication, tandis que d'autres peuvent être situés à différents endroits du génome. L'activité des éléments transposables joue un rôle important dans ce processus. Ces éléments transposables peuvent se déplacer activement dans le génome et influencer l'agencement et la distribution des gènes.
« Le mouvement des gènes peut favoriser la diversité et l’adaptabilité parmi les membres d’une famille de gènes. »
Évolution et fonction des familles de gènes
Les familles de gènes non seulement organisent structurellement les gènes, mais aident également à expliquer le processus d'évolution biologique. Au fil de l’expansion et de la contraction des gènes, certains gènes vont progressivement développer de nouvelles fonctions et même former des familles de gènes complètement nouvelles. L’augmentation ou la diminution de la diversité génétique dépend souvent des besoins de survie des organismes et des changements dans l’environnement. Dans certains cas, à mesure que le stress environnemental augmente, certains gènes se répliquent rapidement et augmentent leur nombre de copies pour s’adapter aux nouveaux défis de survie.
ConclusionLes familles de gènes sont essentielles pour comprendre comment les espèces évoluent ; l’expansion ou la contraction des familles de gènes reflètent la manière dont les organismes interagissent avec leur environnement et s’adaptent aux changements. La duplication et la mutation des gènes apportent non seulement de nouvelles fonctions aux individus, mais favorisent également l’adaptation et l’optimisation de l’ensemble de l’écosystème. Dans un processus évolutif aussi complexe, nous ne pouvons nous empêcher de penser :
Ce processus de réplication et d’évolution des gènes peut-il résoudre les mystères qui subsistent quant à l’origine de la vie ?
