Durée de l’activité : 30 minutes
Âge conseillé : dès 11 ans
Matériel : billes de différentes couleurs (minimum 9 couleurs différentes),7 bocaux et une calculette !
Comparative genomicsQuest for orthologs
Banana split
- A vous de jouer
En quête de billes !
Contexte
Le but de cette activité est de découvrir les concepts liés à la génomique comparative et à la quête des orthologues en particulier.
À la fin de cette activité, vous comprendrez également comment le site OhMyGenes.org vous permet de déterminer le % de gènes communs entre des espèces de votre choix… et de créer ainsi des mèmes fort sympathiques !
Pour bien commencer :
Les orthologues peuvent être considérés comme le « même » gène retrouvés chez différentes espèces. Pour en savoir plus, n’hésitez pas à consulter les dossiers suivants :
Activité 1. Principe
Chaque espèce a son bocal. Les différents gènes de chaque espèces sont représentés par des billes. Le nombre de billes est proportionnel au nombre de gènes retrouvés dans chaque espèce: chaque bille correspond à environ 1’000 gènes. Les gènes spécifiques à chaque espèce sont représentés par des billes blanches. Les gènes orthologues, communs entre les 2 espèces, sont représentés par des billes de couleur.
But: calculer le pourcentage de gènes orthologues.
Comparer l'homme et la banane...
L’homme possède ~ 20’430 gènes (20 billes), dont ~4’963 (5 billes jaunes) sont orthologues avec la banane.
La banane possède ~36’439 gènes (36 billes), dont ~9’518 (9 billes jaunes) sont orthologues avec l’homme.
Questions
- Quel % de gènes de l’homme sont orthologues avec ceux de la banane ?
- Quel % de gènes de la banane sont orthologues avec ceux de l’homme ?
Réponse et explications...
Homme : 5 billes / 20 = 25 % des gènes humains sont orthologes avec ceux de la banane
Banane : 9 billes / 36 = 25 % des gènes de la banane sont orthologues avec ceux de l’homme
OhMyGenes.org fait la moyenne entre ces 2 pourcentages qui, selon les espèces comparées, peuvent différer.
Remarque : on aurait pu s’attendre à avoir le même nombre de billes jaunes dans les 2 bocaux. Mais voilà…, un même gène peut être présent en copies multiples chez l’autre espèce et inversément. Par exemple, le gène TUBB8 est présent en une seul copie chez l’homme, mais il existe 13 copies ‘orthologues’ dans le génome de la banane.
Comparer l'homme et la levure...
La levure (Saccharomyces cerevisiae) est un champignon unicellulaire qui est surtout connu pour son utilisation dans la fabrication du pain, du vin ou de la bière.
L’homme possède ~ 20’430 gènes (20 billes), dont ~6’762 (7 billes bleues) sont orthologues avec la levure.
La levure possède ~6’352 gènes (6 billes), dont ~2’633 (3 billes bleues) sont orthologues avec l’homme.
Questions
- Quel % de gènes de l’homme sont orthologues avec ceux de la levure ?
- Quel % de gènes de la levure sont orthologues avec ceux de l’homme ?
Réponse et explications...
Homme : 7 billes / 20 = ~35 % des gènes humains sont orthologes avec ceux de la levure
Levure : 3 billes / 6 = ~50 % des gènes de la levure sont orthologues avec ceux de l’homme
OhMyGenes.org fait la moyenne entre ces 2 pourcentages : ~ 40 % (37.3 % si on prend les ‘vrais chiffres’).
Les levures (champignons) sont plus proches de l’homme que les plantes du point de vue de l’évolution : l’ancêtre commun à l’homme et à la levure a vécu plus ‘récemment’ que l’ancêtre commun à l’homme et la banane !
Selon le site www.timetree.org (node time), l’ancêtre commun à l’homme (Homo sapiens) et la levure (Saccharomyces cerevisiae) aurait vécu il y a 1105 MYA, alors que l’ancêtre commun à l’homme et la banane (Musa acuminata ), aurait vécu il y a 1496 MYA !
Activité 2. Comparez les espèce de votre choix
et créez le mème le plus original avec ohmygenes.org !
Quel pourcentage de gènes avons-nous en commun avec le chien, le chat, la tomate, le dauphin…?
Mener l’enquête… et une fois que vous aurez les % de gènes orthologues entre l’homme et les différentes espèces, essayer de représenter vos résultats sur un arbre de ce type :
Exemples de données
Pourcentage de gènes orthologues avec l’homme
| Chien | Chat | Moustique | Levure | Poulet | Dauphin | Chimpanzé | Drosophile | Hippocampe |
| 94.4 % | 94.3 % | 45.7 % | 37.5 % | 83.8 % | 95.6 % | 97.8 % | 45.2 % | 74.8 % |
Activité 3. Comparer 5 espèces…
Reprenons notre exemple, mais cette fois avec 5 espèces : homme, souris, banane, mouche (Drosophile) et une bactérie (E. coli).
Chaque bille représente environ 1000 gènes. Le nombre de gènes total et le nombre de gènes orthologues sont proportionnels aux données réelles.
Les billes de différentes couleurs représentent les gènes qui sont spécifiques à une espèce ou les gènes qui sont spécifiques à un groupe d’espèces.
Questions
-
- Quelle espèce possède le plus grand nombre de gènes ?
- Quelle espèce possède le plus petit nombre de gènes ?
- Si chaque bille représente ~1000 gènes, combien y a-t-il de gènes dans le génome humain ?
- Combien de gènes sont communs à toutes ces espèces ?
– Quel est le nom donné à l’ancêtre commun à toutes les espèces ?
– Imaginez des fonctions biologiques ‘universelles’… - Quel est le pourcentage de gènes spécifiques à l’homme (aux primates) ?
- A quel(s) grand(s) groupe(s) d’espèces pourraient appartenir les billes bleues, les billes vertes et les billes violettes ?
- Quel est le pourcentage de gènes en commun entre l’homme et la banane et entre la banane et l’homme ?
- Quelles espèces sont les plus similaires en terme de nombre de gènes en commun (orthologues) ?
– Quelle implication pour la recherche scientifique ? - Construire un arbre phylogénétique basé sur le nombre de gènes en commun (orthologues).
Réponses & explications
- La banane est l’espèce qui a le plus grand nombre de gènes.
- La bactérie est l’espèce qui a le plus petit nombre de gènes.
- Le génome humain contient environ 20’000 gènes (20’430 selon OMA)
- 1 bille rouge, soit environ 1000 gènes sont communs à toutes ces espèces.
- Le nom donné à l’ancêtre commun à tous les organismes est LUCA (Last Unique Common Ancestor).
- Les fonctions biologiques universelles sont par exemple : synthèse des protéines, réplication de l’ADN, production d’énergie,
- Environ 1000 gènes / 20’000 (5 %) sont spécifiques à l’homme (aux primates). Ces gènes codent, par exemple, pour des protéines impliquées dans le développement des neurones.
- Les billes bleues représentent les gènes communs aux mammifères; les billes vertes, les gènes communs aux bilatériens (organismes avec une symétrie gauche droite); les billes violettes, les gènes communs aux eucaryotes.
- 5 / 20 billes (25 %) pour l’homme; 10 / 37 billes (27 %) pour la banane.
- L’homme et la souris sont les espèces les plus similaires en terme de nombre de gènes en commun (orthologues): entre 90 et 95 % de gènes orthologues. La souris est un animal modèle qui est souvent utilisé pour la recherche biomédicale, comme par exemple pour la recherche de nouveaux médicaments.
- Arbre phylogénétique:
Des exemples de gènes communs aux différents groupes d'espèces
| Niveau | Bactérie (E. coli) | Banane | Drosophile | Homme | Souris | Fonction biologique |
| LUCA | rplE | N/A | RL11 | RL11 | RL11 | Synthèse des protéines (protéine du ribosome) |
| LUCA | groL | N/A | Hsp60B | CCT2 | CCT2 | Repliement des protéines (chaperon) |
| LUCA | sucC | 103994981 | ScsbetaG | Sucla2 | Sucla2 | Production d’énergie (ATP) |
| Eucaryotes | – | N/A | SMU1 | SMU1 | SMU1 | Maturation de l’ARNm (épissage) |
| Eucaryotes | – | N/A | mei-W68 | Gos28 | Gos28 | Transport des protéines dans les organelles |
| Mammifères | – | – | – | SPATA31E1 | Gm30302 | Fabrication des spermatozoïdes |
| Mammifères | – | – | – | IGKV2-24 | Gm20730 | Anticorps |
| Insectes | – | – | Acp36DE | – | – | Impliqué dans le changement de comportement des femelles fécondées |
| Insectes | – | – | Or33b | – | – | Récepteur olfactif |
| Primates | – | – | – | NPW | – | Neuropeptide impliqué dans la régulation de la faim et de la soif |
Note : les noms des gènes peuvent être différents d’une espèces à l’autre ou ne pas avoir été encore attribués (N/A).
Pour en savoir plus sur ces gènes, cliquez sur les liens qui vous mèneront vers la banque de données UniProtKB.
