Un nouvel arbre de vie des mammifères a été créé par une nouvelle étude pionnière menée par des scientifiques de la Texas A&M School of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences. Il fournit une réponse définitive à la question de longue date de la chronologie de l’évolution des mammifères au cours des 100 derniers millions d’années.
La recherche, publiée dans Science, a été menée dans le cadre du projet Zoonomia. Il s’agit d’un consortium mondial de scientifiques travaillant à comprendre l’histoire évolutive du génome humain dans le contexte de l’histoire évolutive des mammifères en analysant le plus grand ensemble de données génomiques de mammifères jamais assemblé.
L’équipe, dirigée par le Dr William J. Murphy, professeur au Département des biosciences intégratives vétérinaires, et le Dr Nicole Foley, chercheuse associée au laboratoire de Murphy, s’est concentrée sur le domaine de la phylogénie, qui examine les relations évolutives et la diversification d’organismes vivants et disparus.
« L’argument central est de savoir si les mammifères placentaires (mammifères qui se développent dans les placentas) ont divergé avant ou après l’événement d’extinction du Crétacé-Paléogène (ou K-Pg) qui a anéanti les dinosaures non aviaires », a déclaré Foley.
Comment l’étude a été réalisée
Pour créer le nouvel arbre de vie des mammifères, les chercheurs ont effectué de nouveaux types d’analyses rendues possibles par la portée massive du projet Zoonomia, qui leur a permis de déterminer quand et où les mammifères se sont diversifiés et ont évolué par rapport à l’extinction massive de K-Pg.
Collaboration avec des chercheurs de l’Université de Californie à Davis ; Université de Californie, Riverside; et l’American Museum of Natural History, l’équipe a conclu que les mammifères avaient commencé à se diversifier avant l’extinction du K-Pg en raison de la dérive des continents. Cela a provoqué la séparation et le rapprochement des masses terrestres de la Terre pendant des millions d’années.
Une autre impulsion de diversification s’est produite immédiatement après l’événement d’extinction, lorsque les mammifères avaient plus d’espace, de ressources et de stabilité, conduisant à la riche diversité des lignées de mammifères que nous voyons aujourd’hui.
La recherche menée par Murphy et Foley, qui a été financée par la National Science Foundation, fait partie du projet Zoonomia plus vaste dirigé par Elinor Karlsson et Kerstin Lindblad-Toh, du Broad Institute.
Le projet compare également les génomes de mammifères pour comprendre la base de phénotypes remarquables – l’expression de certains gènes tels que les yeux bruns par rapport aux yeux bleus – et les origines de la maladie.
Foley a expliqué la diversité des mammifères placentaires en déclarant: «Les mammifères représentent aujourd’hui une énorme diversité évolutive – du vol sifflant de la minuscule chauve-souris bourdon au glissement languissant de l’énorme baleine bleue alors qu’elle nage dans les vastes océans de la Terre. Plusieurs espèces ont évolué pour écholocaliser, certaines produisent du venin, tandis que d’autres ont développé une résistance au cancer et une tolérance virale.
Différences partagées entre les espèces
Elle a poursuivi en expliquant que l’examen des différences et des similitudes partagées entre les espèces de mammifères au niveau génétique peut aider les chercheurs à déterminer les parties du génome qui sont essentielles à la régulation de l’expression des gènes.
Murphy a souligné l’importance de la phylogénie résolue des mammifères de Foley pour les objectifs du projet Zoonomia. Il cherche à exploiter la puissance de la génomique comparative en tant qu’outil pour la médecine humaine et la conservation de la biodiversité.
« Le projet Zoonomia a vraiment un impact car c’est la première analyse à aligner 241 génomes de mammifères divers en même temps et à utiliser ces informations pour mieux comprendre le génome humain », a-t-il déclaré. « L’impulsion principale pour rassembler cet ensemble de données volumineuses était de pouvoir comparer tous ces génomes au génome humain, puis de déterminer quelles parties du génome humain ont changé au cours de l’histoire de l’évolution des mammifères. »
Comment l’arbre de vie des mammifères aide la santé humaine
La capacité de déterminer quelles parties des gènes peuvent être manipulées sans nuire à leur fonction est cruciale pour la médecine humaine. C’est un autre grand avantage du nouvel arbre de vie des mammifères.
Une étude récente publiée dans Science Translational Medicine, dirigée par le généticien Texas A&M, le Dr Scott Dindot, a utilisé l’approche de génomique comparative pour développer une thérapie moléculaire pour le syndrome d’Angelman, une maladie neurogénétique rare et dévastatrice causée par la perte de fonction du gène maternel UBE3A. dans le cerveau.
Cette percée a été rendue possible grâce aux travaux préparatoires des recherches du Dr William J. Murphy et du Dr Nicole Foley sur les génomes des mammifères dans le cadre du projet Zoonomia.
L’équipe de Dindot a exploité les mesures de contrainte évolutive identifiées par le projet Zoonomia pour identifier une cible génétique cruciale mais jusque-là inconnue. Cela peut être utilisé pour restaurer l’expression d’UBE3A dans les neurones humains.
Murphy a expliqué que l’élargissement de la capacité de comparer les génomes de mammifères à l’aide du plus grand ensemble de données de l’histoire aidera à développer davantage de remèdes et de traitements pour les maladies enracinées dans la génétique, non seulement pour les humains mais aussi pour d’autres espèces telles que les chats et les chiens.
« Par exemple, les chats ont des adaptations physiologiques enracinées dans des mutations uniques qui leur permettent de consommer un régime exclusivement riche en graisses et en protéines extrêmement malsain pour l’homme », a déclaré Murphy.
« L’un des beaux aspects de l’alignement des 241 espèces de Zoonomia est que nous pouvons choisir n’importe quelle espèce (pas seulement humaine) comme référence et déterminer quelles parties du génome de cette espèce sont libres de changer et lesquelles ne peuvent pas tolérer le changement. Dans le cas des chats, par exemple, nous pourrions être en mesure d’aider à identifier les adaptations génétiques chez ces espèces qui pourraient conduire à des cibles thérapeutiques pour les maladies cardiovasculaires chez l’homme.
Incroyable contribution du projet Zoonomia
La phylogénie de Murphy et Foley a joué un rôle déterminant dans plusieurs articles ultérieurs faisant partie du projet Zoonomia. « C’est de la génomique par ruissellement », a expliqué Foley.
« L’une des choses les plus gratifiantes pour moi en travaillant dans le cadre d’un projet plus large a été de voir combien de projets de recherche différents ont été améliorés en incluant notre phylogénie dans leurs analyses. Cela inclut des études sur la génomique de la conservation des espèces en voie de disparition à celles qui ont examiné l’évolution de différents traits humains complexes.
Foley a exprimé l’importance de répondre définitivement à la question fortement débattue sur le moment des origines des mammifères. Produire une phylogénie élargie à travers l’arbre de vie des mammifères jette les bases pour les futures générations de chercheurs.
« À l’avenir, cet alignement massif du génome et son historique de l’évolution du génome des mammifères seront à la base de tout ce que tout le monde va faire lorsqu’il posera des questions comparatives chez les mammifères », a-t-elle déclaré. « C’est plutôt cool. »
En savoir plus sur le projet Zoonomia
Le projet Zoonomia est un effort de collaboration international révolutionnaire qui rassemble des scientifiques du monde entier pour étudier l’histoire évolutive du génome humain dans le contexte de l’histoire évolutive des mammifères. En utilisant le plus grand ensemble de données génomiques sur les mammifères jamais assemblé, le projet vise à mieux comprendre la base génétique des traits et des maladies chez les humains et d’autres espèces.
Le nom du projet, « Zoonomia », est dérivé du terme « zoonomie », qui fait référence à l’arrangement scientifique ou à la classification des animaux. Le projet Zoonomia a deux objectifs principaux :
Cénomique comparative dans l’arbre de vie des mammifères
Le projet compare les génomes de diverses espèces de mammifères pour identifier les différences et les similitudes partagées. En analysant ces modèles génomiques, les scientifiques peuvent mieux comprendre les parties du génome qui sont essentielles à la régulation de l’expression des gènes. Ces connaissances peuvent ensuite être appliquées pour comprendre la base génétique de phénotypes remarquables. Il s’agit notamment de traits physiques spécifiques ou de l’origine des maladies.
Médecine humaine et conservation de la biodiversité
Le projet Zoonomia vise à exploiter la puissance de la génomique comparative en tant qu’outil pour la médecine humaine et la conservation de la biodiversité. En comprenant l’histoire évolutive de différents génomes de mammifères, les chercheurs peuvent développer des thérapies et des traitements ciblés pour diverses maladies génétiques chez l’homme et d’autres espèces.
De plus, le projet contribue aux efforts de conservation en étudiant la génomique des espèces menacées et en identifiant les facteurs génétiques potentiels contribuant à leur déclin. Le nouvel arbre de vie des mammifères est un contributeur clé.
Le projet Zoonomia a déjà fait des progrès significatifs, avec des chercheurs comme le Dr William J. Murphy et le Dr Nicole Foley résolvant des débats de longue date sur la chronologie de l’évolution des mammifères en relation avec l’extinction des dinosaures non aviaires.
De plus, le projet a joué un rôle crucial dans diverses études de recherche, y compris celles axées sur la génomique de la conservation des espèces menacées et l’évolution des traits humains complexes.
Le vaste ensemble de données du projet Zoonomia, qui comprend des alignements de 241 génomes de mammifères divers, devrait servir de base à d’innombrables études futures dans le domaine de la génomique comparative et de l’évolution des mammifères.
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