Un siècle de réarrangements génomiques
Résumé
En février 1920, le prestigieux journal PNAS publiait une courte lettre intitulée
The Evidence for the Linear Order of the Genes (Morgan et al. 1920) alimentant le
débat entre deux théories opposées sur l’organisation des marqueurs génétiques sur un
chromosome. D’une part, Morgan et ses collègues soutenaient que, dans une espèce,
les gènes étaient disposés les uns à la suite des autres dans une structure linéaire (voir
aussi chapitre 4). Leur rival scientifique, William Castle, proposait plutôt une organi-
sation tridimensionnelle qui, selon lui, expliquait mieux les distances observées entre
les différents marqueurs (Castle 1919).
Les découvertes subséquentes du XXe siècle ont finalement donné raison à l’équipe
de Morgan. On leur doit les premières cartes génétiques, l’identification d’inversions
dans l’ordre des marqueurs entre différentes espèces et la construction d’arbres qui
retracent l’histoire de ces événements.
Il faudra encore quelques décennies, avec les travaux de Crick et Watson (Crick
et al. 1954), pour établir que les molécules d’ADN forment le support physique de
cette organisation linéaire. Au tournant du XXIe siècle, les avancées des techniques
de séquençage ont permis la comparaison des génomes d’espèces de plus en plus
nombreuses, mettant en lumière une grande diversité de types de réarrangements :
de biologique, le problème d’expliquer la nature de ces réarrangements est devenu
algorithmique.
Parallèlement, l’hypothèse de Castle sera partiellement justifiée par la mise en évi-
dence de la structure tridimensionnelle adoptée par les chromosomes à l’intérieur du
noyau des cellules (Lieberman-Aiden et al. 2009). Oui, les réarrangements se pro-
duisent entre des molécules linéaires, mais les positions affectées par ces réarrange-
ments sont souvent déterminées par leur emplacement relatif dans l’espace (Nikifo-
rova et al. 2000 ; Yaffe et al. 2010 ; Véron et al. 2011 ; Swenson et Blanchette 2019).
Ce chapitre développe les techniques mathématiques et algorithmiques qui per-
mettent de traiter les problèmes de réarrangement de gènes, autant dans leur sens
primitif de marqueurs de traits hérités que dans leur interprétation moderne comme
familles de transcrits.