Emergences Ponctuées d’Innovation Génétiques et Phénotypiques chez les ancêtres des Eumétazoaires, Bilatériens, Eutéléostomes et Hominidés

Une récente étude publiée par Yvan Wenger et Brigitte Galliot dans le journal «Genome Biology and Evolution» présente une comparaison entre le protéome humain et les protéomes de 23 espèces d’Eucaryotes. Ces comparaisons permettent de retracer d’une part, l’origine évolutive des protéines aujourd’hui exprimées chez l’humain, et d’autre part de prédire le timing d’acquisition de nouveaux phénotypes au cours de ces périodes. Ce travail révèle qu’une proportion importante de protéines humaines (33%) possède un orthologue dans un ou plusieurs organismes non-métazoaires testés.

Ces protéines pré-métazoaires participent à 43% de tous les processus biologiques modernes annotés chez l’humain. Au sein du groupe animal, les auteurs prédisent quatre vagues majeures d’innovations, chez les ancêtres communs des eumétazoaires, des bilatériens, des eutéléostomes (vertébrés possédant un squelette osseux) et des hominidés. Par contre, seules quelques rares innovations ont pu être détectées chez les ancêtres des deutérostomes et des chordés.

Cette étude révèle aussi que les protéines qui participent ensemble à un certain phénotype chez l’humain sont souvent apparues de manière concomitante au cours de l’évolution, même si le phénotype dans lequel elles sont impliquées a en fait émergé ultérieurement. Par exemple, les protéines que partagent l’homme et trois cnidaires, Acropora (corail), Nematostella (anémone de mer), ou l’Hydre sont similaires.

Les innovations prédites associées à ces protéines peuvent concerner des traits partagés par tous les eumétazoaires tels que la différentiation d’un tube digestif, d’un système nerveux, mais aussi des traits bilatériens présents chez quelques cnidaires seulement tels les yeux chez les méduses, ou finalement des traits absents dans ce phylum (mésoderme, glandes endocrines). Les auteurs proposent que cette variabilité de la correspondance entre phénotypes prédits et phénotypes effectivement observés, résulte en fait de mécanismes évolutifs parallèles «mixtes», impliquant des changements répétés et indépendants de régulation, entre des modules génétiques très conservés. Ainsi des phénotypes très similaires peuvent être produites de façon indépendante en utilisant des cascades génétiques conservées au cours de l’évolution.

Le schéma montre comment ce mécanisme d’évolution parallèle peut conduire à des innovations phénotypiques. Les points de couleur représentent des gènes orthologues aux gènes humains, dont la couleur varie suivant leur période d’origine. Ces gènes sont intégrés ou non à des modules génétiques grâce à des interactions régulatrices (lignes). Les innovations phénotypiques produites par de tels modules peuvent être latentes (pas de tapis de fond coloré), labiles (tapis mauve) ou bien stables (tapis gris).