Paléogénomique

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La paléogénomique est une discipline récente issue des développements technologiques qui ont permis l'essor de la paléogénétique. Elle a pour but la reconstitution des génomes anciens : animaux, végétaux ou encore microbiens. Son utilité est décisive pour la phylogénétique moléculaire. Dans le cas des eucaryotes, à savoir tous les organismes, unicellulaires ou pluricellulaires, qui se caractérisent par la présence d'un noyau dans leurs cellules, la paléogénomique a pour tâche de reconstituer aussi bien le génome des mitochondries présentes à l'extérieur du noyau cellulaire que celui de l'ADN nucléaire localisé dans le noyau des cellules. Le matériel génétique permettant la reconstitution d'un génome peut provenir d'ossements fossiles, d'animaux anciens naturalisés grâce au travail des taxidermistes ou conservés à cause de conditions exceptionnelles, à l'exemple des fameux spécimens de mammouths découverts dans le pergélisol de Sibérie. Ce matériel génétique peut aussi être récupéré sur des momies protégées de la décomposition, que ce soit par des causes naturelles ou par des techniques humaines.

Méthodologie[modifier | modifier le code]

Il existe principalement deux types de procédures pour la reconstruction des génomes anciens : les méthodes basées sur les réarrangements génomiques, et celles basées sur l'homologie[1].

Liens avec d'autres disciplines[modifier | modifier le code]

La paléogénomique entretient des liens avec d'autres disciplines parmi lesquelles la paléoprotéomique, la paléovirologie et l'archéogénétique. Par exemple, la reconstitution du virus de la grippe de 1918 (voir ci-dessous) est un résultat de la paléogénomique qui fait date avec la reconstitution d'un virus qu'il fallut retrouver dans des tissus conservés dans le pergélisol. Du même coup, ces travaux ont ouvert la voie à cette nouvelle discipline qu'est la paléovirologie. Les liens entre la paléogénomique et l'archéogénétique sont aussi à signaler. Une étude relevant de cette dernière discipline parut en 2013 faisant état de deux vagues de migrations humaines datées de 3 000 ans et de 900 à 1 800 ans. La première de ces deux vagues aurait concerné des populations extérieures au continent Africain qui auraient migré vers l'Afrique de l'Est. Deux ans plus tard, la paléogénomique prit le relais lorsqu'une équipe de chercheurs, après avoir séquencé le génome d'un chasseur-cueilleur, dont les restes furent découverts dans la grotte de Mota, sur les hauts plateaux d'Éthiopie et dont l'âge est évalué à 4 500 ans, affirmèrent que la population-source de cette migration est sans doute une population d'agriculteurs du Moyen-Orient, et que cette migration aurait laissé sa trace dans des populations africaines présentes en Afrique de l'Est[2],[3].

Travaux concernant les humains[modifier | modifier le code]

Applications chez Homo sapiens[modifier | modifier le code]

L'un des exemples les plus médiatisés pour lesquels cette jeune science a été appliquée est l'étude d'Ötzi, cet homme dont la momie fut retrouvée dans le glacier du Hauslabjoch en 1991. Après la reconstitution de son génome mitochondrial, des chercheurs parvinrent, en 2012, à analyser 96 % de son ADN nucléaire. Ces études révélèrent une foule d'informations. Ainsi, l'étude de certains haplogroupes de son ADN autosomal a révélé par exemple certains liens génétiques d'Ötzi avec les populations corse et sarde actuelles[4],[5],[6],[7]. En plus d'identifier certaines de ses caractéristiques physiologiques (groupe sanguin O, intolérance au lactose)[8], le génome d'Ötzi a révélé aux chercheurs qu'il souffrait d'une prédisposition génétique à l'athérosclérose et aux maladies cardiovasculaires[9].

La paléogénomique vient parfois éclairer l'histoire en mettant en évidence des flux de gènes récents entre diverses populations. À la suite du séquençage du génome mitochondrial du jeune homme de Byrsa, un squelette retrouvé en 1994 sur la colline de Byrsa, à Carthage en Tunisie, décryptant le plus ancien ADN connu d'un phénicien, vieux de 2 500 ans, les généticiens identifièrent l'haplogroupe U5b2c1, l'un des plus rares avec une fréquence de moins d'un pour cent dans les populations modernes européennes, considéré comme l'un des plus anciens en Europe et lié aux populations de chasseurs-cueilleurs. Or des recherches précédentes avaient mis en évidence cet haplogroupe dans l'ADN de deux anciens chasseurs-cueilleurs retrouvés sur un site du nord-ouest de l'Espagne. L'ADN mitochondrial du jeune homme de Byrsa établit aussi un rapprochement avec les Portugais d'aujourd'hui[10],[11].

En 2010, une équipe d'une soixantaine de chercheurs dont faisait partie le généticien Eske Willerslev (en) a annoncé avoir pu récupérer 79 % du génome nucléaire appartenant à un homme de la culture de Saqqaq à partir de cheveux trouvés au Groenland et conservés dans le pergélisol. Cette étude leur a permis de montrer que cette population était issue directement de Sibérie[12]. Grâce à ces premiers résultats, une autre étude permit de préciser que cette population avait vécu en isolement génétique des autres populations amérindiennes pendant presque 5 000 ans avant de disparaître il y a 700 ans[13].

En février 2018, des chercheurs du musée d'histoire naturelle de Londres ont fait état des résultats de leurs travaux après avoir analysé le génome de l'homme de Cheddar dont le squelette fut découvert en 1903 dans le Sud-Ouest de l'Angleterre. L'ADN analysé fut recueilli sur le crâne. Selon leurs conclusions, l'homme avait les yeux bleus, la peau noire, et était intolérant au lactose[14]. Dans les années 1990, Bryan Sykes avait séquencé le génome mitochondrial de l'homme de Cheddar[15] et ses résultats avaient été contestés[16].

Au total, entre 2010 et le premier trimestre 2018, 1 370 ADN anciens ont été isolés et séquencés dont la moitié au cours du premier trimestre 2018 (2010-2013 : 14 ; 2014 : 30 ; 2015 : 287 ; 2016 : 114 ; 2017 : 239 ; premier trimestre 2018 : 686)[17].

Séquençage du génome de Néandertal[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Génome de Néandertal.

Plus fascinant encore est la reconstitution du génome de l'Homme de Néandertal. Des résultats préliminaires datant de 2009 ont montré que le génome de l'Homme de Néandertal et celui de l'Homme moderne sont identiques à près de 99,5 %[18]. La comparaison des deux génomes a permis d'avancer en 2016 une date approximative de divergence des deux espèces comprise entre 550 000 et 765 000 ans[19],[20]. L'analyse avait permis de mettre en évidence dès 2010 un métissage entre les deux espèces, par la suite affinée à une moyenne de 2,2 % chez les seuls eurasiens[21],[22].

En mars 2018, le séquençage de cinq nouveaux génomes de Néandertaliens (quatre individus d'une époque tardive, localisés en Europe occidentale - un en France, deux en Belgique et un en Croatie - et un plus ancien dont les ossements furent trouvés dans le Caucase russe) a apporté de nouveaux résultats. Leur datation s'échelonne de 39 000 à 49 000 ans. Contrairement à ce que l'on pourrait s'attendre d'un phénomène d'hybridation croisée, l'étude révèle n'avoir trouvé aucun ADN nucléaire d'Homo sapiens dans le génome de ces Néandertaliens[23]. L'étude révèle aussi que les gènes néandertaliens identifiés dans le génome des Européens actuels ont une structure qui n'est pas proche de celle des gènes des Néandertaliens tardifs[23]. Ces faits pourraient s'expliquer, selon Silvana Condemi, par deux hypothèses : 1° que les flux géniques se sont surtout produit dans le sens Néandertaliens → Homo sapiens, 2° que les principaux évènements d'hybridation ont eu lieu hors d'Europe, bien avant l'arrivée de nos ancêtres sur ce continent[24].

Séquençage du génome du mammouth laineux[modifier | modifier le code]

En 2015, une équipe de chercheurs a publié une étude affirmant avoir complété le séquençage du génome du mammouth laineux. Le matériel génétique provient de deux individus dont l'âge diffère de 40 000 ans et ayant permis l'étalonnage de l'horloge moléculaire. L'individu le plus ancien est un spécimen qui date du Pléistocène tardif, d'environ 44 800 ans, alors que l'autre, un des derniers survivants sur l'île Wrangel, est daté d'environ 4 300 ans. Cette étude a permis de mettre en évidence deux goulots d'étranglement dans l'histoire génétique de cette espèce qui révèlent un déclin de l'espèce[25].

Séquençage du génome chez le cheval ancien[modifier | modifier le code]

En 2013, un groupe de chercheurs a annoncé avoir séquencé le génome complet d'un cheval ancien, à partir d'un os de la jambe retrouvé dans le pergélisol au Yukon. La datation de l'os, donnant un âge compris entre 560 000 ans et 780 000 ans[26], fait faire à la paléogénomique un bond de plusieurs centaines de milliers d'années dans le registre de l'ADN fossile. Ce travail a permis de préciser la phylogénie des équidés en reculant la date de l'apparition de l'ancêtre des chevaux à 4 millions d'années, soit 2 millions d'années de plus que la date précédemment admise[26].

Une étude publiée en 2018 du séquençage de 42 génomes de chevaux anciens, dont 20 de la culture de Botaï, qui furent comparés à 46 génomes de chevaux anciens et modernes déjà publiés, indique que les chevaux de Przewalski sont les descendants des chevaux de Botaï et pas vraiment ceux des chevaux sauvages. Le cheval de Przewalski serait ainsi une espèce autrefois domestiquée retournée à la vie sauvage. Elle précise de plus que tous les chevaux domestiques datant d'environ 4 000 ans jusqu'à aujourd'hui ne montrent qu'environ 2,7 % d'ascendance provenant des chevaux de Botaï. Leur origine se situerait ailleurs. L'étude indique qu'un renouvellement génétique massif précède l'expansion du cheptel de chevaux qui a donné naissance aux chevaux domestiques modernes, ce qui coïncide avec l'expansion de la population humaine pendant l'âge du bronze précoce[27].

Autres travaux réalisés chez des mammifères[modifier | modifier le code]

En 2013, une équipe de chercheurs en Allemagne réalisa le séquençage complet du génome mitochondrial d'une espèce d'ours disparue ayant vécu au Pléistocène, l'ours de Deninger. La matière osseuse d'où fut extrait l'ADN, conservée dans le permafrost, fut datée de 300 000 ans[28].

Reconstitution du virus de la grippe de 1918[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Paléovirologie et Grippe de 1918.

La paléogénomique s'est également illustrée dans le domaine viral avec la reconstitution du virus de la grippe de 1918, qui aurait fait de 20 millions à 50 millions de morts[29]. Lorsque les outils de la biologie moléculaire furent au point, des recherches furent entreprises pour trouver des tissus de personnes décédées de cette pandémie contenant le virus responsable dans le but d'en faire l'analyse. Plusieurs recherches et expéditions ne donnèrent pas le résultat escompté. Il fallut attendre 1998 pour que le pathologiste Johan Hultin (en) retrouve la dépouille, conservée dans le pergélisol, d'une femme inuit qui vivait dans le village nommé Brevig Mission, en Alaska, et qui mourut de cette grippe. C'est finalement dans les poumons de cette femme que fut retrouvé le fameux virus. Ceux-ci furent envoyés au virologiste Jeffery Taubenberger (en)[30]. Le travail fut ensuite réalisé par des chercheurs des Centres pour le contrôle et la prévention des maladies en collaboration avec l'École de médecine Mount Sinai, l'Institut de pathologie des forces armées américaines (en) et le Laboratoire de recherche sur la volaille. Les résultats de ces travaux firent l'objet d'un communiqué de presse en octobre 2005[31]. L'ARN et la structure de base du virus permirent de découvrir, entre autres, que ce virus provenait de volailles ayant subi une mutation, d'en identifier la souche (H1N1) et finalement de reconstituer complètement le virus[32].

Références[modifier | modifier le code]

  1. «Paléogénomique: reconstruction de génomes ancestraux », Pre Aïda Ouangraoua, Conférences et séminaires, Faculté de médecine et des sciences de la santé, Université de Sherbrooke (consulté le 25 juin 2017)
  2. (en) Ann Gibbons, « First DNA extracted from an ancient African skeleton shows widespread mixing with Eurasians », sur sciencemag.org, (consulté le 28 juin 2017)
  3. (en) Ewen Callaway, « Error found in study of first ancient African genome », sur nature.com, (consulté le 28 juin 2017)
  4. (en) « Ancient DNA reveals genetic relationship between today’s Sardinians and Neolithic Europeans », sur hudsonalpha.org, (consulté le 30 août 2016)
  5. (en) Andreas Keller et al., « New insights into the Tyrolean Iceman's origin and phenotype as inferred by whole-genome sequencing », Nature Communications,‎ (DOI 10.1038/ncomms1701, lire en ligne)
  6. Ewen Callaway, « Iceman's DNA reveals health risks and relations », Nature,‎ (DOI 10.1038/nature.2012.10130, lire en ligne)
  7. (it) « Tratti genetici comuni tra la mummia Oetzi e gli attuali abitanti di Sardegna e Corsica », Tiscali,
  8. (en) Andreas Keller et col, « New insights into the Tyrolean Iceman's origin and phenotype as inferred by whole-genome sequencing », Nature Communications, vol. 3, no 698,‎ (DOI 10.1038/ncomms1701)
  9. Chloé Durand-Parenti, « L'ADN de l'homme des glaces a parlé ! », sur lepoint.fr,
  10. Matisoo-Smith EA, Gosling AL, Boocock J, Kardailsky O, Kurumilian Y, Roudesli-Chebbi S, et alMatisoo-Smith EA, Gosling AL, Boocock J, Kardailsky O, Kurumilian Y, Roudesli-Chebbi S et al., « A European Mitochondrial Haplotype Identified in Ancient Phoenician Remains from Carthage, North Africa », PLoS ONE, vol. 11, no 5,‎ , e0155046 (PMID 27224451, PMCID 4880306, DOI 10.1371/journal.pone.0155046, lire en ligne)
  11. « L'ADN d'un Phénicien de 2500 ans a été séquencé », Tribune de Genève, 26 mai 2016, (consulté le 27 juin 2017)
  12. M Rasmussen, Y Li, S Lindgreen, J. S. Pedersen, A Albrechtsen, I Moltke, M Metspalu, E Metspalu, T Kivisild, R Gupta, M Bertalan, K Nielsen, M. T. Gilbert, Y Wang, M Raghavan, P. F. Campos, H. M. Kamp, A. S. Wilson, A Gledhill, S Tridico, M Bunce, E. D. Lorenzen, J Binladen, X Guo, J Zhao, X Zhang, H Zhang, Z Li, M Chen, L Orlando, K Kristiansen, M Bak, N Tommerup, C Bendixen, TL Pierre, B Grønnow, M Meldgaard, C Andreasen, SA Dedorova, LP Osipova, TFG Higham, C Bronk Ramsay, Hansen, FC Nielsen, MH Crawford, S Brunak, T Sicheritz-Pontén, R Villems, R Nielsen, A Krogh, J Wang et E Willerslev, « Ancient human genome sequence of an extinct Palaeo-Eskimo », Nature, vol. 463,‎ , p. 757–762 (PMID 20148029, PMCID 3951495, DOI 10.1038/nature08835)
  13. M. Raghavan, M. Degiorgio, A. Albrechtsen, I. Moltke, P. Skoglund, T. S. Korneliussen, B. Gronnow, M. Appelt, H. C. Gullov, T. M. Friesen, W. Fitzhugh, H. Malmstrom, S. Rasmussen, J. Olsen, L. Melchior, B. T. Fuller, S. M. Fahrni, T. Stafford, V. Grimes, M. A. P. Renouf, J. Cybulski, N. Lynnerup, M. M. Lahr, K. Britton, R. Knecht, J. Arneborg, M. Metspalu, O. E. Cornejo, Malaspinas et al., « The genetic prehistory of the New World Arctic », Science, vol. 345, no 6200,‎ , p. 1255832 (PMID 25170159, DOI 10.1126/science.1255832)
  14. « Cheddar Man: DNA shows early Briton had dark skin », Paul Rincon, BBC News, 23 février 2018, (consulté le 24 avril 2018)
  15. « Genome analysis creates clear picture of prehistoric ‘Cheddar Man’ », .openaccessgovernment.org, février 2018, (consulté le 24 avril 2018)
  16. (en) Hans-Jürgen Bandelt, Yong-Gang Yao, Martin B. Richards et Antonio Salas, « The brave new era of human genetic testing », BioEssays, vol. 30, nos 11-12,‎ , p. 1246-1251 (lire en ligne [PDF])
  17. Éclats de passé : l’archéologie et l’ADN ancien, Sur les épaules de Darwin, samedi 7 avril 2018 par Jean Claude Ameisen
  18. « Scientists Decode Majority of Neanderthal Man's Genome », Deutsche Welle,
  19. « The Divergence of Neandertal and Modern Human Y Chromosomes, American Journal of Human Genetics, Fernando L. Mendez et al., 7 Avril 2016 »
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  22. « Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals, (article complet - lire en ligne) »
  23. a et b Mateja Hajdinjak, Qiaomei Fu, Alexander Hübner, Martin Petr, Fabrizio Mafessoni, Steffi Grote, Pontus Skoglund, Vagheesh Narasimham, Hélène Rougier, Isabelle Crevecoeur, Patrick Semal, Marie Soressi, Sahra Talamo, Jean-Jacques Hublin, Ivan Gu\u0161i\u0107, \u017deljko Ku\u0107an, Pavao Rudan, Liubov V. Golovanova, Vladimir B. Doronichev, Cosimo Posth, Johannes Krause, Petra Korlevi\u0107, Sarah Nagel, Birgit Nickel, Montgomery Slatkin, Nick Patterson, David Reich, Kay Prüfer, Matthias Meyer, Svante Pääbo et Janet Kelso, « Reconstructing the genetic history of late Neanderthals », Nature, Springer Nature, vol. 555, no 7698,‎ , p. 652-656 (ISSN 0028-0836, DOI 10.1038/nature26151, lire en ligne)
  24. Silvana Condemi, « Les gènes des derniers Néandertaliens révélés », sur Pourlascience.fr, (consulté le 28 juin 2018)
  25. «Complete Genomes Reveal Signatures of Demographic and Genetic Declines in the Woolly Mammoth. », Palkopoulou et al., Current Biology, Vol. 25, (10), p. 1395–1400, 18 mai 2015, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.04.007, (consulté le 25 juin 2017)
  26. a et b « Recalibrating Equus evolution using the genome sequence of an early Middle Pleistocene horse », Ludovic Orlando et al., Nature, vol. 499, 4 juillet 2013, {{doi:10.1038/nature12323}}, (consulté le 27 juin)
  27. Charleen Gaunitz, Antoine Fages, Kristian Hanghøj, Anders Albrechtsen, Naveed Khan, Mikkel Schubert, Andaine Seguin-Orlando, Ivy J. Owens, Sabine Felkel, Olivier Bignon-Lau, Peter de Barros Damgaard, Alissa Mittnik, Azadeh F. Mohaseb, Hossein Davoudi, Saleh Alquraishi, Ahmed H. Alfarhan, Khaled A. S. Al-Rasheid, Eric Crubézy, Norbert Benecke, Sandra Olsen, Dorcas Brown, David Anthony, Ken Massy, Vladimir Pitulko, Aleksei Kasparov, Gottfried Brem, Michael Hofreiter, Gulmira Mukhtarova, Nurbol Baimukhanov, Lembi Lõugas, Vedat Onar, Philipp W. Stockhammer, Johannes Krause, Bazartseren Boldgiv, Sainbileg Undrakhbold, Diimaajav Erdenebaatar, Sébastien Lepetz, Marjan Mashkour, Arne Ludwig, Barbara Wallner, Victor Merz, Ilja Merz, Viktor Zaibert, Eske Willerslev, Pablo Librado, Alan K. Outram et Ludovic Orlando, « Ancient genomes revisit the ancestry of domestic and Przewalski’s horses », Science, American Association for the Advancement of Science (AAAS), vol. 360, no 6384,‎ , p. 111-114 (ISSN 0036-8075, DOI 10.1126/science.aao3297, lire en ligne).
  28. Dabney et al., « Complete mitochondrial genome sequence of a Middle Pleistocene cave bear reconstructed from ultrashort DNA fragments », PNAS, vol. 110, no 39,‎ , p. 15758–15763 (DOI 10.1073/pnas.1314445110, Bibcode 2013PNAS..11015758D, lire en ligne)
  29. « Updating the accounts: global mortality of the 1918-1920 “Spanish” influenza pandemic. », Johnson N.P., Mueller J. , Bulletin of the History of the Medecine., printemps 2002, 76(1), p. 105-15.
  30. Michael Greger, « Bird flu, a virus of our own hatching », USA : Lantern Books. 2006. 465 pp. (ISBN 1590560981), (consulté le 26 juin 2015)
  31. «Researchers Reconstruct 1918 Pandemic Influenza Virus; Effort Designed to Advance Preparedness », CDC Media Relations, 5 octobre 2005, (consulté le 26 juin)
  32. « Des chercheurs ont reconstitué le virus de la grippe espagnole de 1918 », sur Le Monde.fr, .

Articles connexes[modifier | modifier le code]