Construire l’arbre génétique des eucaryotes

Recherche Article publié le 13 janvier 2020 , mis à jour le 29 mai 2020

Mieux comprendre la transmission de gènes hors descendance chez les eucaryotes et l’impact des modifications environnementales sur l’expression de leurs gènes, tels sont les sujets auxquels s’intéresse Laura Eme, chercheuse au laboratoire Écologie, systématique et évolution (ESE - Université Paris-Saclay, CNRS, AgroParisTech). Son programme Macro-EpiK vient de recevoir une bourse ERC.

L’étude du vivant fascine depuis toujours les chercheurs. Avec les techniques modernes de séquençage de l’ADN et la détermination de génomes complets s’ouvrent de nouveaux champs d’études. C’est le cas des recherches de Laura Eme, chercheuse au laboratoire Écologie, systématique et évolution (ESE - Université Paris-Saclay, CNRS, AgroParisTech). Au sein de l’équipe « Diversité, écologie et évolution microbiennes », elle tente de comprendre les mécanismes des transferts horizontaux – l’échange de matériel génétique entre organismes qui n’ont pas de lien de descendance - chez les eucaryotes.

Ses travaux se concentrent sur une classe particulières d’êtres vivants eucaryotes : les protistes. Ces organismes unicellulaires représentent près de 75 % de la diversité eucaryote et constituent un sujet de choix pour les études génomiques.

Décoder les transferts horizontaux chez les eucaryotes

Dès la seconde moitié du XXe siècle, des études mettent en avant des transferts horizontaux de gènes chez les bactéries (ou procaryotes). Des bactéries d’espèces différentes s’échangent du matériel génétique et acquièrent, par exemple, des propriétés de résistance aux antibiotiques transmises par les bactéries résistantes. Cette transmission de gènes à d’autres organismes hors descendance n’a que très peu été étudiée chez les eucaryotes : décrit à la fin des années 2000, ce phénomène comporte des caractéristiques (processus, fréquence des transferts) différentes des procaryotes.

Financé par une bourse ERC Starting Grant, le travail de recherche Macro-EpiK de Laura Eme a pour objectif de reconstruire une phylogénie des eucaryotes : « Cela nous permettra de savoir quels gènes sont apparus par transferts horizontaux et ont donc été hérités d’autres espèces. À partir de ces résultats, nous déterminerons quelles sont les caractéristiques ancestrales des eucaryotes. »

Modifications épigénétiques : des individus différents sans toucher aux gènes

L’autre axe de recherche porté par Laura Eme tourne autour de l’épigénétique. L’expression des gènes résulte d’une combinaison de nombreux paramètres : un même patrimoine génétique, présent chez deux organismes différents, peut ne pas être exprimé de la même manière. C’est le cas des abeilles qui, en fonction de la nourriture reçue en tant que larve, deviendront soit des ouvrières soit des reines. Chez certaines espèces de tortues, la différenciation du sexe avant l’éclosion est régie par la température d’incubation de l’œuf.

À l’origine de ces phénomènes, l’épigénétique implique des modifications biochimiques de l’ADN, qui ne changent pas la séquence nucléotidique des gènes. Ces modifications s’opèrent notamment sur les protéines - les protéines histones -, autour desquelles s’enroule l’ADN lors de sa compaction et influent sur l’expression de gènes. Ces modifications sont parfois héréditaires.

L’idée de nos travaux est de mieux comprendre la diversité de l’épigénétique sur l’arbre des eucaryotes, afin de retracer leur origine et reconstruire une histoire évolutive.

Pour l’ensemble de ces recherches, l’équipe de Laura Eme va générer et récupérer des données génomiques de différentes espèces de protistes. À partir de ces informations, elle réalisera un travail de bio-informatique. Ce travail permettra de développer une méthodologie d’identification de transferts horizontaux de gènes, applicable à un grand nombre de génomes, et de comprendre et d’analyser l’importance des modifications épigénétiques chez les eucaryotes.

Après une licence en biochimie, Laura Eme se dirige vers un master en bioinformatique et en génomique. Elle réalise son doctorat sur l’histoire évolutive à grande échelle des eucaryotes au Laboratoire de Chimie bactérienne (Université d’Aix-Marseille). Ensuite, elle part au Canada à l’Université Dalhousie pour travailler sur la diversité des eucaryotes et leur place dans l’arbre du vivant, mais aussi sur les processus évolutifs qui impactent les génomes de cette branche. Elle réalise ensuite un second post-doc en Suède à l’Université d’Uppsala. Ses travaux portent alors sur l’étude des génomes d’archées et l’origine des eucaryotes à travers une étude génomique comparée et phylogénique. Ces recherches lui apportent le prix Jacques Monod, délivré par la Fondation de la recherche médicale. Récemment, elle a rejoint le CNRS en tant que chercheuse pour travailler sur la diversité épigénétique et les transferts horizontaux de gènes chez les eucaryotes.