Nouvelles

Nov 29, 2023

Le projet sur le génome des primates révèle les secrets de l'évolution

Co-dirigé par Guojie Zhang du Center for Evolutionary & Organismal Biology à

Co-dirigé par Guojie Zhang du Center for Evolutionary & Organismal Biology de l'Université du Zhejiang, Dong-Dong Wu de l'Institut de zoologie de Kunming, Xiao-Guang Qi de l'Université du Nord-Ouest, Li Yu de l'Université du Yunnan, Mikkel Heide Schierup de l'Université d'Aarhus et Yang Zhou de BGI-Research, le Primate Genome Consortium a rapporté une série de publications de son programme de première phase qui comprend des génomes de référence de haute qualité de 50 espèces de primates dont 27 ont été séquencés pour la première fois. Ces études fournissent de nouvelles informations sur le processus de spéciation, la diversité génomique, l'évolution sociale, les chromosomes sexuels et l'évolution du cerveau et d'autres traits biologiques.

Des études phylogénomiques à grande échelle révèlent les mécanismes génétiques sous-jacents à l'histoire évolutive et aux innovations phénotypiques chez les primates

L'analyse comparative des génomes de primates dans un contexte phylogénétique est cruciale pour comprendre l'évolution de l'architecture génétique humaine et les différences génomiques inter-espèces associées à la diversification des primates. Les études antérieures sur les génomes des primates se sont concentrées principalement sur les espèces de primates étroitement liées aux humains et ont été limitées par le manque de couverture phylogénétique plus large.

"Bien qu'il existe plus de 500 espèces de primates dans le monde, actuellement, seules 23 espèces représentatives de primates non humains ont vu leur génome publié, laissant 72% des genres non séquencés, ce qui crée des lacunes importantes dans la compréhension de leur histoire évolutive" Dong-Dong Wu États.

Pour combler cette lacune, ils ont effectué un séquençage du génome de haute qualité à l'aide de technologies de séquençage à lecture longue sur 27 espèces de primates, y compris des lignées basales qui n'avaient pas été entièrement séquencées auparavant. En combinant cela avec des génomes de primates précédemment publiés, le projet a mené des études phylogénomiques sur 50 espèces de primates représentant 38 genres et 14 familles pour obtenir de nouvelles informations sur leur évolution génomique et phénotypique.

"Sur la base de données génomiques complètes, nous avons généré une phylogénie hautement résolue et estimé l'émergence de primates de la couronne il y a entre 64,95 et 68,29 millions d'années, chevauchant la limite Crétacé/Tertiaire", déclare Dong-Dong Wu.

L'étude a rapporté des réarrangements génomiques détaillés à travers les lignées de primates et identifié des milliers de gènes candidats qui ont subi une sélection naturelle adaptative dans différentes branches ancestrales de la phylogénie. Cela inclut les gènes qui sont importants pour le développement des systèmes nerveux, squelettique, digestif et sensoriel, qui sont tous susceptibles d'avoir contribué aux innovations et aux adaptations évolutives des primates.

"Il est surprenant de voir que tant de changements génomiques impliquant des gènes liés au cerveau se sont produits chez l'ancêtre commun du groupe simien qui comprend le singe du Nouveau Monde, le singe de l'Ancien Monde et les grands singes", déclare Guojie Zhang, "Ces innovations génomiques évoluant profondément dans le temps à ce nœud ancestral aurait pu ouvrir la voie à une évolution ultérieure des traits humains uniques ».

Le tri incomplet généralisé des lignées éclaire la spéciation et la sélection chez les primates

Bien qu'il soit bien reconnu que les chimpanzés et les bonobos sont les espèces les plus proches de l'homme, 15% de notre génome est plus proche d'un autre grand singe, le gorille. Cela est principalement dû à l'événement évolutif spécial appelé tri de lignée incomplète (ILS), où le polymorphisme génétique ancestral se trie au hasard dans les espèces descendantes. L'étude a enquêté sur les événements de spéciation au cours de l'évolution des primates et a révélé que l'ILS se produisait fréquemment dans les 29 principaux nœuds ancestraux des primates, certains nœuds ayant plus de 50 % du génome affecté par l'ILS.

"Le processus de diversification génétique ne suit pas une topologie arborescente de bifurcation comme nous le savons normalement pour le processus de spéciation, il ressemble plus à un réseau compliqué", a déclaré Guojie Zhang. "Il est important d'étudier le processus évolutif de chaque gène individuel, qui pourrait également affecter l'évolution des phénotypes à travers les espèces".

Le tri de lignées incomplètes (ILS) présente une variation importante le long du génome, principalement due à la recombinaison. "Nous avons observé que l'ILS est davantage réduit sur le chromosome X que sur les autosomes par rapport à ce qui serait attendu dans le cadre d'une évolution neutre, ce qui suggère un impact plus important de la sélection naturelle sur le chromosome X au cours de l'évolution des primates", déclare Mikkel Heide Schierup.

L'étude exploite l'ILS pour effectuer la datation moléculaire des événements de spéciation uniquement sur la base des données du génome, sans étalonnage fossile, et a trouvé que les nouveaux résultats de datation étaient très cohérents avec la datation avec les archives fossiles. "Cela suggère que la datation moléculaire fournit une estimation précise du temps de spéciation même sans les archives fossiles", déclare le premier auteur de cet article, Iker Rivas-González.

Hybridation en événements d'espèces

L'hybridation est de plus en plus reconnue comme une force évolutive importante pour générer la diversité des espèces et des phénotypes chez les plantes et les animaux. Ceci est particulièrement fréquent dans les lignées qui peuvent tolérer la duplication du génome entier et des niveaux accrus de ploïdie. Cependant, la spéciation par hybridation a rarement été rapportée chez les mammifères.

En utilisant des données complètes sur le génome, l'équipe a découvert que le singe gris à nez retroussé Rhinopithecus brelichi était une espèce descendante de l'hybridation entre les espèces morphologiquement différenciées, le singe doré à nez retroussé R. roxellana et l'ancêtre commun du singe à nez retroussé noir et blanc. singe R. bieti et le singe noir à nez retroussé R. strykeri.

"A notre connaissance, c'est la première fois qu'un événement de spéciation hybride est enregistré chez les primates", a déclaré Li Yu.

Cette étude identifie en outre les gènes clés de R. brelichi qui dérivent de chaque lignée parentale qui peuvent avoir contribué à la coloration du pelage en mosaïque chez cette espèce et ont probablement favorisé l'isolement reproductif avant l'accouplement de l'espèce hybride à partir des lignées parentales.

L'intersection multidisciplinaire révèle les mécanismes génétiques de la complexité sociale chez les langurs asiatiques

Les primates ont des systèmes sociaux très divers, cependant les mécanismes biologiques qui sous-tendent l'évolution sociale restent mal connus. Le modèle socioécologique classique postulait que la diversité des systèmes sociaux évoluait en réponse aux changements environnementaux.

L'étude a utilisé des singes colobines asiatiques comme système modèle, car ce groupe d'espèces a subi un processus d'évolution sociale par étapes, passant d'une unité à un mâle et à plusieurs femelles à des formes sociales complexes à plusieurs niveaux. Ils ont reconstruit le processus de spéciation de ce groupe en utilisant les données complètes du génome et ont trouvé une forte corrélation entre la température environnementale et la taille du groupe de l'espèce. Les espèces de primates vivant dans des environnements plus froids ont tendance à vivre en groupes plus importants. Les anciennes périodes glaciaires ont conduit l'évolution sociale de ces primates, favorisant l'agrégation de la propagation des espèces de singes à nez impair du Nord dans des formes sociales imbriquées à plusieurs niveaux.

Au cours de cette transition, les singes au nez impair ont présenté une sélection positive dans de nombreux gènes liés à l'adaptation au froid et au système nerveux. "Les singes au nez retroussé semblent avoir un lien mère-enfant plus long, ce qui a probablement augmenté la survie du nourrisson dans les environnements froids. Les récepteurs DA/OXT sont des neurohormones importantes dans la médiation du lien social. Cette voie de signal a été améliorée chez le singe au nez impair et a favorisé l'affiliation sociale, la cohésion et la coopération entre les adultes de cette espèce », déclare Xiao-guang Qi.

Articles de référence :

Shao Y, Zhou L, Li F, et al. 2023. Les analyses phylogénomiques donnent un aperçu de l'évolution des primates. Science. https://doi.org/10.1126/science.abn6919

Rivas-González I, Rousselle M, Li F, et al. 2023. Le tri incomplet omniprésent de la lignée éclaire la spéciation et la sélection chez les primates. Science. https://doi.org/10.1126/science.abn4409

Wu H, Wang Z, Zhang Y, et al. 2023. Origine hybride d'un primate, le singe gris au nez retroussé. Science. https://doi.org/10.1126/science.abl4997

Qi XG, Wu J, Zhao L, et al. 2023. Les adaptations à un climat froid ont favorisé l'évolution sociale chez les primates asiatiques colobines. Science. https://doi.org/10.1126/science.abl8621

Gao H, Hamp T, et al. 2023. Le paysage de la variation génétique tolérée chez les humains et les primates. Science. https://doi.org/10.1126/science.abn8197

Kuderna L, Gao H, et al. 2023. Un catalogue mondial de la diversité du génome entier de 233 espèces de primates. Science. https://doi.org/10.1126/science.abn7829

Sørensen E, Harris R, et al. 2023. La coascendance à l'échelle du génome révèle des détails sur la réticulation masculine ancienne et récente chez le babouin. Science. https://doi.org/10.1126/science.abn8153

Fuziev P, McRae J, et al. 2023. Les mutations pénétrantes rares confèrent un risque grave de maladies courantes. Science. https://doi.org/10.1126/science.abo1131

Zhang BL, Chen W, et al. 2023. La génomique comparative révèle l'origine hybride d'un groupe de macaques. Les avancées scientifiques. https://doi.org/10.1126/sciadv.add3580

Bi XP, Zhou L, et al. 2023. Séquences accélérées spécifiques à la lignée sous-jacentes à l'évolution des primates. Les avancées scientifiques. https://doi.org/10.1126/sciadv.adc9507

Zhou Y, Zhan XY, et al. 2023. Quatre-vingt millions d'années d'évolution rapide des chromosomes Y des primates. Écologie de la nature et évolution. https://doi.org/10.1038/s41559-022-01974-x