Génome

Le génome est la totalité du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce encodé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des molécules d'ARN). Il contient surtout l'ensemble des séquences codantes (traduites en protéines) et non-codantes (transcrites en ARN, non traduites).

Le chercheur français Christian Vélot^[1] compare le génome à une encyclopédie dont les différents volumes seraient les chromosomes. Les gènes seraient les phrases contenues dans ces volumes et ces phrases seraient rédigées dans un langage génétique représenté par quatre bases (adénine, guanine, cytosine et thymine) abrégées en AGCT.

La science qui étudie le génome est la génomique.

Les génomes dans le monde vivant

Chez les virus, le génome est contenu soit dans une (ou plusieurs) molécule (s) d'ADN ou d'ARN, à simple ou double brin.

Chez les procaryotes (bactéries et archées), on distingue le génome chromosomique, contenu dans une molécule d'ADN le plus souvent circulaire, et le génome extrachromosomique, contenu dans des plasmides et des épisomes.

Chez les eucaryotes, on distingue :

• le génome nucléaire, contenu dans le noyau qui caractérise les eucaryotes. C'est de ce génome dont on parle généralement lorsque on parle du génome d'un eucaryote (un animal, une plante, un champignon)  ;
• les génomes non-nucléaires, contenus dans des organites :
• le génome mitochondrial, contenu dans les mitochondries, chez la majorité des eucaryotes ;
• le génome chloroplastique, contenu dans les chloroplastes, chez les plantes et les algues eucaryotes.

Chez quelques eucaryotes (par exemple la levure) sont aussi présents des plasmides (de taille réduite).

Chez l'homme surtout (organisme eucaryote), le génome nucléaire est réparti sur 46 chromosomes, soit 22 paires d'autosomes et deux gonosomes. Il ne faut pas confondre le génome et le caryotype, qui caractérise les chromosomes.

Taille du génome

La taille du génome se mesure en nombre de nucléotides, ou bases. La majorité du temps, on parle de pb (pour paire de bases, puisque la majorité des génomes est constituée de doubles brins d'ADN ou bien d'ARN). On emploie fréquemment les multiples kb (pour kilo-base) ou Mb (méga-base), qui valent respectivement 1 000 et 1 000 000 bases. La taille du génome peut aussi être exprimée en pg (pico-grammes), ce qui correspond à la masse d'ADN (haploïde) par cellule. 1 pg représente à peu près 1 000 Mpb (978 Mpb exactement).

La taille du génome peut fluctuer de quelques kilo-bases chez les virus à plusieurs centaines de milliers de Mb chez certains eucaryotes. La quantité d'ADN, au contraire de ce qui a été longtemps supposé, n'est pas proportionnelle à la complexité d'un organisme ; ainsi, l'amibe Amœba dubia, un organisme unicellulaire, a un génome à peu près 200 fois plus grand que Homo sapiens. Ce constat est souvent nommé paradoxe de la valeur C.

	Organisme	Taille du génome (Mpb)	Nombre de gènes protéiques estimés
Virus	Virus de la grippe	0, 013
	Bactériophage λ	0, 05
	Bactériophage T4	0, 165
	Mimivirus	1, 2	1260
Bactéries	Mycoplasma pneumoniæ	0, 816	689
	Pelagibacter ubique	1, 3	1354
	Hæmophilus	1, 8	1657
	Staphylococcus aureus	2, 8	2619
	Bacillus subtilis	4, 2	4106
	Escherichia coli	4, 64	4243
Archæa	Nanoarchæum equitans	0, 49	536
	Pyrococcus abyssi	1, 77	1898
	Sulfolobus solfataricus	3	2977
Eucaryotes	Encephalitozoon cuniculi	2, 9	1996
	Saccharomyces cerevisiæ (levure)	12	5863
	Plasmodium falciparum	21, 8	5314
	Cænorhabditis elegans (nématode)	100	22 628
	Drosophila melanogaster (insecte)	118	16 548
	Arabidopsis thaliana (plante)	119	28 159
	Populus trichocarpa (peuplier)	485	45 500
	Zea mais (maïs)	5 000
	Mus musculus (souris)	3 400	30 000
	Homo sapiens (homme)	3 400	26 517
	Amœba dubia	675 000

Le génome humain était estimé à légèrement plus de 30 000 gènes. Cette estimation a été revue à la baisse ensuite, et est aujourd'hui estimée à à peu près 26 000 -27 000 - légèrement moins que la plante Arabidopsis thaliana (27 000 gènes).

La séquence complète du dernier chromosome dans le génome humain (chromosome 1, le plus grand, contenant à lui seul 8% de ce génome) a été obtenue en mai 2006.

L'annotation des génomes

L'annotation d'un génome consiste à traiter l'information brute contenue dans la séquence dans l'objectif :

1. de prédire, le contenu en gènes, la position des gènes à l'intérieur d'un génome (le début, la fin, et chez les eucaryotes, les introns et les exons), mais aussi leur organisation (gènes uniques ou en opéron, avec des séquences promotrices, des terminateurs, des sites de fixation ribosomaux (RBS) …). Dans ce cas, on parle d'annotation structurale.
2. de prédire la fonction potentielle de ces gènes (leur attacher une étiquette, portant leur nom probable, leur fonction probable, leurs interactions probables). Dans ce cas on parle d'annotation fonctionnelle.

Les 2 types d'annotations

• L'annotation peut être automatique c'est-à-dire s'appuyer seulement sur des algorithmes recherchant des similarités (de séquence, de structure, de motifs, …), servant à prédire (en fait deviner) la fonction d'un gène. Elle aboutit au transfert «automatique» de l'information figurant dans l'étiquette d'un gène «semblable» d'un génome déjà annoté au génome en cours d'annotation

• L'annotation automatique est quelquefois complétée par une annotation manuelle par des experts qui valident ou invalident la prédiction selon leurs connaissances ou de résultats expérimentaux. Celle-ci peut ainsi éviter le transfert automatique d'erreurs et par conséquent leur propagation, ce qui peut devenir le grand problème que devra confronter la génomique, compte tenu de l'afflux massif de données issues surtout, des nouvelles techniques de séquençage (voir pyroséquençage).

Notes et références

Liens externes

• (en) Genomesize. com

Filmographie

• Conférence intitulée «Génome et Cancer» par Mark Lathrop, pour l'Université de l'ensemble des savoirs (vidéo de 57 mn), 21 juin 2008

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