Divergence fonctionnelle

La divergence fonctionnelle est le processus par lequel les gènes, à la suite d'une duplication génique, changent de fonction par rapport à celle qu'ils possédaient avant. Cette divergence fonctionnelle peut entraîner soit la sous-fonctionnalisation, dans laquelle un paralogue se spécialise dans l'une des multiples fonctions ancestrales, soit la néofonctionnalisation, dans laquelle une capacité fonctionnelle totalement nouvelle subit un processus évolutif. On pense que ce processus de duplication génique et de divergence fonctionnelle est un initiateur majeur de l'innovation moléculaire, et a produit la plupart des grandes familles de protéines qui existent aujourd'hui[1],[2].

Illustration de la divergence fonctionnelle à la suite d'événements de duplication.

La divergence fonctionnelle n'est qu'une des issues possibles des événements de duplication génique. D'autres issues incluent la non-fonctionnalisation, dans laquelle l'un des paralogues acquiert des mutations délétères et devient un pseudogène, ainsi que la superfonctionnalisation (renforcement)[3], dans laquelle les deux paralogues conservent la fonction originelle. Alors que les événements de duplication de gènes, chromosomes ou génomes entiers sont considérés comme sources canoniques de divergence fonctionnelle des paralogues, les orthologues (gènes issus d'événements de spéciation) peuvent aussi subir une divergence fonctionnelle[4],[5],[6],[7], et un transfert horizontal de gènes peuvent également amener à de multiples copies d'un gène dans un génome, laissant la possibilité à une divergence fonctionnelle d'émerger.

De nombreuses familles de protéines bien connues sont le résultat d'un tel processus, comme l'événement ancestral de duplication génique ayant amené à la divergence de l'hémoglobine et la myoglobine, ou encore les événements de duplication les plus récents ayant amené aux diverses expansions de sous-unités (alpha et beta) des hémoglobines de vertébrés[8], ou enfin l'expansion des sous-unités alpha de la protéine G[9].

Voir aussi

Notes

Articles connexes

Références
  1. (en) Xun Gu, Origin and Evolution of New Gene Functions, Springer, Dordrecht, coll. « Contemporary Issues in Genetics and Evolution », (ISBN 9789401039826 et 9789401002295, DOI 10.1007/978-94-010-0229-5_4, lire en ligne), p. 133–141
  2. Justin C. Fay et Chung-I. Wu, « Sequence Divergence, Functional Constraint, and Selection in Protein Evolution », Annual Review of Genomics and Human Genetics, vol. 4, no 1,‎ , p. 213–235 (PMID 14527302, DOI 10.1146/annurev.genom.4.020303.162528, lire en ligne, consulté le )
  3. Volodymyr Dvornyk, Oxana Vinogradova et Eviatar Nevo, « Long-term microclimatic stress causes rapid adaptive radiation of kaiABC clock gene family in a cyanobacterium, Nostoc linckia, from “Evolution Canyons” I and II, Israel », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 99, no 4,‎ , p. 2082–2087 (ISSN 0027-8424, PMID 11842226, DOI 10.1073/pnas.261699498, lire en ligne, consulté le )
  4. Romain A. Studer et Marc Robinson-Rechavi, « How confident can we be that orthologs are similar, but paralogs differ? », Trends in genetics: TIG, vol. 25, no 5,‎ , p. 210–216 (ISSN 0168-9525, PMID 19368988, DOI 10.1016/j.tig.2009.03.004, lire en ligne, consulté le )
  5. Romain A. Studer et Marc Robinson-Rechavi, « Large-Scale Analysis of Orthologs and Paralogs under Covarion-Like and Constant-but-Different Models of Amino Acid Evolution », Molecular Biology and Evolution, vol. 27, no 11,‎ , p. 2618–2627 (ISSN 0737-4038, PMID 20551039, PMCID PMC2955734, DOI 10.1093/molbev/msq149, lire en ligne, consulté le )
  6. Walid H. Gharib et Marc Robinson-Rechavi, « When orthologs diverge between human and mouse », Briefings in Bioinformatics, vol. 12, no 5,‎ , p. 436–441 (ISSN 1467-5463, DOI 10.1093/bib/bbr031, lire en ligne, consulté le )
  7. Nathan L. Nehrt, Wyatt T. Clark, Predrag Radivojac et Matthew W. Hahn, « Testing the Ortholog Conjecture with Comparative Functional Genomic Data from Mammals », PLoS Computational Biology, vol. 7, no 6,‎ (ISSN 1553-734X, PMID 21695233, PMCID PMC3111532, DOI 10.1371/journal.pcbi.1002073, lire en ligne, consulté le )
  8. (en) Jay F. Storz, Federico G. Hoffmann, Juan C. Opazo et Hideaki Moriyama, « Adaptive Functional Divergence Among Triplicated α-Globin Genes in Rodents », Genetics, vol. 178, no 3,‎ , p. 1623–1638 (ISSN 0016-6731 et 1943-2631, PMID 18245844, DOI 10.1534/genetics.107.080903, lire en ligne, consulté le )
  9. (en) Ying Zheng, Dongping Xu et Xun Gu, « Functional divergence after gene duplication and sequence–structure relationship: a case study of G-protein alpha subunits », Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, vol. 308B, no 1,‎ , p. 85–96 (ISSN 1552-5015, DOI 10.1002/jez.b.21140, lire en ligne, consulté le )
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