Insular Organization of Gene Space in Grass Genomes

On avait émis l’hypothèse que les gènes du blé et du maïs étaient groupés en îlots, mais cette hypothèse n’avait jamais été testée de façon statistique. Nous avons donc procédé à un tel examen statistique chez quatre espèces de graminées présentant différentes tailles de génome : Brachypodium distachyon, Oryza sativa, Sorghum bicolor et Aegilops tauschii. Nous comparons les fonctions de densité obtenues avec un modèle où l’emplacement des gènes correspond à un processus de Poisson homogène (donc non groupés) avec une situation sans modèle quantifiée par une estimation non paramétrique de la densité. Nous acceptons la description de l’emplacement des gènes par un modèle de Poisson homogène simple pour les génomes réduits de O. sativa et de B. distachyon, en soulignant le caractère largement uniforme de la distribution des gènes chez ces espèces, mais nous rejetons le recours à un tel modèle pour les génomes plus imposants de S. bicolor et de Ae. tauschii, en relevant des signes de groupement de leurs gènes en îlots. Nous proposons de trouver un nouveau à ces îlots de gènes afin de les distinguer des autres types de groupements déjà proposés. Nous estimons que les îlots de S. bicolor et de Ae. tauschii contiennent, en moyenne, 3,7 et 3,9 gènes, respectivement, et les gènes de l’îlot sont espacés en moyenne de 2,1 et 16,5 kb, respectivement. La distance entre les îlots dépasse 8 et 81 kb, pour une moyenne de 15,1 et 205 kb chez S. bicolor et Ae. tauschii, respectivement. Nous montrons que la densité génique accrue observée dans les régions distales des chromosomes de Ae. tauschii est principalement le fait d’un raccourcissement de la distance entre les îlots. La comparaison des génomes de ces quatre graminées semble indiquer que l’emplacement des gènes des petits génomes correspond grandement à un processus de Poisson homogène. Les insertions non aléatoires de rétroéléments à longue répétition terminale (LTR) au cours de l’expansion du génome engendrent des îlots de gènes, qui deviennent moins denses et plus espacés au fil de l’augmentation de la taille du génome. La forte concordance des distances relatives entre les gènes orthologues des génomes étudiés, y compris le génome du maïs, semble indiquer l’existence de contraintes fonctionnelles quant à la distribution des gènes dans les génomes des graminées.