Pluriformation Génomes
Structure, Fonction, Evolution

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Pluriformation.

Génome : structure, fonction et évolution.


Du gène au génome, vers une nouvelle biologie moléculaire.

La possibilité de disposer de la séquence complète du génome d'un organisme marque une étape fondamentale dans l'histoire de la biologie. Depuis quarante ans, la biologie cellulaire et moléculaire s'était caractérisé e par une spécialisation continue des thématiques, chacun des grands mécanismes cellulaires étant disséqué, souvent indépendamment les uns des autres, en différentes étapes, de nombreux laboratoires se focalisant sur l'é tude d'une étape, ou même d'une seule molécule. Cette approche réductionniste, qui s'est révélée extraordinairement fructueuse et efficace, va se poursuivre dans les années à venir. Toutefois, elle laissait de côté des pans entiers de la réalité. L'approche génomique globale entame un mouvement en sens inverse, conduisant les biologistes à envisager une vision intégée de l'organisme et à se poser de nouv elles questions. Elle apporte un plus considérable en permettant de faire l'économie de la recherche des gènes, au coup par coup, et découvre l'étendue de notre ignorance en révélant le nombre considérable de gè nes dont nous ne savons rien, y compris dans le cas des organismes modèles étudiés depuis des décennies par les biochimistes et les généticiens (51% chez le colibacille Escherichia coli par exemple). Nous sommes donc au dé but d'une nouvelle étape de l'histoire de la biologie, étape qui va nécessiter une plus grande coopération de la part de tous les acteurs de la recherche.

Les développements récents de la biologie se caractérisent également par une approche évolutive des problèmes posés au niveau cellulaire et moléculaire, et par une vision renouvelée de la biodiversité . Les biologistes ont fait ces dernières années des progrès considérables dans leur compréhension de la place des organismes dans le monde vivant, et la possibilité de disposer à terme d'un "arbre universel" fiable, n'est plus une chi mère. La comparaison de génomes complets d'organismes très divers (génomique comparative) apporte sur ce point des données inestimables. D'autre part, nous savons aujourd'hui, grâce aux nouvelles techniques de l'écologie molé culaire, que nous ne connaissons qu'une infime partie de la biosphère, mais nous avons également en main des moyens inédits de nous attaquer à ce problème grâce aux outils de la biologie moléculaire.



Génomique et évolution, structure des génomes, des axes forts de l'université Paris-Sud.

L'étude des génomes, de leur structure, de leur fonction et de leur évolution, est donc devenue un axe de recherche majeur. Les chercheurs de l'Université Paris-Sud sont bien placé s dans ce domaine. A l'Institut de biologie des plantes (IBP), l'équipe de Martin Kreis a participé au projet européen de séquençage systématique d' Arabidopsis thaliana, l'organisme modè le dans le monde des plantes. A l'Institut de Génétique et Microbiologie (IGM), les équipes de Michel Jacquet et de Monique Bolotin-Fukuhara d'une part, et celle de Simone Séror d'autre part, ont participé respectivement aux projets europ éens de séquençage des génomes de la levure Saccharomyces cerevisiae et de la bactérie Bacillus subtilis. Toujours à l'IGM, les équipes de Michel Duguet et de Patrick Forterre participent actuellement au séquenç age du génome de l'archaebactérie hyperthermophile Sulfolobus solfataricus (projet Europe-Canada). Enfin, le Centre National de Séquençage (CNS) d'Evry (J. Weissenbach) à entrepris le séquençage du génome de l'archaebacté rie hyperthermophile abyssale Pyrococcus abyssi, en collaboration avec l'équipe de P. Forterre.

Plusieurs de ces laboratoires sont maintenant impliqués dans les projets européens d'analyse fonctionnelle des catégories de gènes (tels le projet Eurofan sur la levure et le projet B. subtilis). Des é tudes fines visent par exemple à déchiffrer les différents programmes qui rythment la vie de la cellule. Ces projets sont réalisés à la fois par des approches bio-informatiques, par des dé veloppements technologiques et par une extension des approches génétiques. L'approche bioinformatique concerne aussi bien la linguistique du génome de la levure par le pô le bioinformatique de l'IGM (M. Termier) (travaux sur la levure) que l'approche comparative (identification des familles de protéines ancestrales par B. Labedan).

Il convient de signaler qu'autour de l'IGM et des centres de Gif et de Saclay, nous disposons d'un pôle unique centré autour des micro-organismes bactéries et archaebacté ries, protistes et champignons, qui constitue un potentiel que nous devons maintenir et renforcer. L'étude des archaebactéries à l'IGM (P. Forterre et M. Duguet) et à Gif sur Yvette (H. Grosjean) a déjà conduit à des dé couvertes innatendues, dont certaines ont des implications considérables dans le domaine de la biologie moléculaire des eucaryotes. Un autre pôle spécifique de la région concerne les systèmes végétaux et contribue aussi à la r éputation de notre centre. Enfin, l'étude du génome d'un métazoaire, l'abeille domestique, est en cours dans l'équipe "Population, génétique et évolution" (PGE, M. Solignac) à Gif surYvette. La diversité des organismes é tudiés permet des recoupements fructueux ; par exemple, l'utilisation de la levure pour l'étude des gènes d' Arabidopsis (collaboration entre les équipes de M. Jacquet et M. Kreis).

Parmi les retombées de l'étude des génomes, les recherches sur l' évolution et l'histoire du vivant ont pris un nouvel essor par la comparaison directe de l'information génétique complè te. C'est un secteur dont les acteurs dans l'URA 2227, à l'IGM et dans l'URA2154 ont déjà acquis une réputation internationale de premier plan. En particulier, les travaux de phylogénie moléculaire réalisés à Orsay par Hervé LeGuyader et Hervé Phillipe sur les eucaryotes et ceux de P. Forterre sur les procaryotes ont conduit à remettre en cause la vision de l'arbre universel du vivant qui avait été élaboré ces quinze dernières anné es aux USA. Des collaborations existent déjà entre différentes équipes pour l'utilisation des données du grand séquençage dans une perspective évolutive. Par exemple une collaboration entre les é quipes de M. Kreis et de P.H. Gouyon pour l'étude de l'évolution des fonctions chez les végétaux. Une collaboration entre Hervé Phillipe, Hervé LeGuyader et Patrick Forterre pour appliquer à la phylogénie des procaryotes les mé thodes mises au point au cours des études réalisées sur les eucaryotes en utilisant toutes les données récentes issues du grand séquençage. Parmi les autres thèmes développés, notons l'étude de l'évolution des gè nes contrôlant le développement embryonnaire dans le laboratoire d'A. Adoutte (URA 2227), étude qui vise a reconstituer les contours du génome ancestral des métazoaires sur le plan des gènes clefs du développement.

La plasticité des génomes est abordée par l'étude des éléments génétiques mobiles, tels les transposons (M.J. Daboussi à l'IGM), ou encore l'etude des remaniements chromosomiques induits par le stress photo-oxydatif (C.Astier, CGM Gif). La structure topologique des génomes en relation avec leur expression, et l'évolution des enzymes qui la contrô le, ADN topoisomérases et protéines architecturales, sont abordés par les équipes de M. Duguet et P. Forterre à l'IGM.

Enfin, il est important de signaler que l'axe de recherche sur les génomes intéresse le développement des biotechnologies pour lesquelles notre centre possède une situation privilégié e. On peut citer comme exemple les travaux de génétique sur des souches industrielles à l'IGM ou les recherches en amont des antibiotiques dans l'URA 1131.

Sur la plupart de ces thématiques, les équipes du centre d'Orsay se situent parmi les plus performantes au niveau international. Elles sont de ce fait impliquées dans de nombreux programmes de collaboration internationales.







Pourquoi une pluriformation génome ?

La constitution d'un pôle génome mieux structuré sur Orsay permettrait d'établir un juste équilibre entre le développement de ces collaborations internationales et la création de liens forts entre les équipes impliqué es au niveauy du grand centre d'Orsay. Cette structure devrait permettre à ces équipes d'échanger leur expérience, de discuter leurs projets en commun, d'envisager de nouvelles collaborations, et finalement de mieux gérer l'acquisi tion des moyens humains et matériels nécessaires à la réalisation de leurs ambitions aux niveau européens et international. Ce pôle pourrait aussi, par la suite, acquérir une dimension de dé veloppement technologique dans la mesure où les études menées autour des génomes sont celles qui mobilisent le plus d'efforts en Biologie aujourd'hui.

Notre pluriformation sera un partenaire privilégié du Centre National de Séquençage (CNS) à Evry auquel participe déjà un professeur d'Orsay, Francis Quétier, et qui est déjà impliqué dans une collaboration avec l'une de nos équipes. Ce partenariat permettra certainement à la Biologie d'Orsay de renforcer sa position de référence dans le domaine des études génomiques.

Dernière révision le 1/10/97