Taux de GC

Le Taux de GC d'une séquence d'ADN est défini comme la proportion de bases de cette séquence étant soit une cytosine, soit une guanine.



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Le Taux de GC (ou pourcentage de GC, ou cœfficient de Chargaff) d'une séquence d'ADN est défini comme la proportion de bases de cette séquence étant soit une cytosine (C), soit une guanine (G). Il existe deux bases azotées supplémentaires, l'adénine (A) et la thymine (T), rentrant dans la composition de l'ADN. Qui plus est , la cytosine est toujours liée à la guanine, et l'adénine est toujours liée à la thymine. Ainsi, le taux de GC exprime aussi le pourcentage de liaisons G-C dans la molécule d'ADN.

Calcul du taux de GC

Le taux de GC d'une séquence est calculé selon la formule :

\cfrac{G+C}{A+T+G+C}\times\ 100

Ou G sert à désigner le nombre de guanines dans la séquence, A le nombre d'adénines, C celui de cytosines et T celui de thymines.

Il existe aussi d'autres calculs plus spécifiques du taux de GC. Les taux de GC1, GC2 et GC3 sont respectivement les taux de GC des premières, deuxièmes et troisièmes positions des codons. Ainsi, pour déterminer le GC1 d'une séquence codante, on ne considère que les nucléotides localisés en première position d'un codon (c'est-à-dire un nucléotide sur 3). Le taux de GC4 sert à désigner le taux de GC de la totalité des sites dégénérés 4 fois (c'est-à-dire dont le changement de base, quelqu'il soit, donne toujours le même acide-aminé) de la séquence. Le taux de GC* correspond au taux de GC théorique d'une séquence à l'équilibre, compte tenu des taux de mutations AT->CG et CG->AT.

Répartition du taux de GC

Le taux de GC est particulièrement peu homogène, autant entre les espèces qu'au sein du génome d'une espèce. Le taux de GC peut cependant être homogène sur une certaine région de l'ADN, lesquelles sont alors nommées isochores. De nombreuses corrélations entre le taux de GC et diverses caractéristiques génomiques ont été établis, mais les théories expliquant ces corrélations restent toujours controversées.

Ainsi, les régions chromosomiques riches en GC sont en moyenne enrichies en gènes, et les gènes sont alors plus compacts (c'est-à-dire que la proportion d'introns comparé aux exons est plus faible). Les régions riches en GC sont aussi appauvries en rétroéléments et en LINEs. D'autre part, les télomères sont des régions riches en GC.

On a aussi remarqué que les séquence des éléments transposables avaient tendance à s'insérer préférentiellement dans les régions de même proportion en GC. On parle alors d'insertion isopycnique, c'est-à-dire à densité identique (la densité d'une séquence d'ADN étant directement liée à son taux de GC).

Le taux de GC3 a une répartition spécifique comparé aux taux de GC1 et GC2. En effet, la troisième position des codons est fréquemment dégénérée (dans 70% des cas), c'est-à-dire que le changement de la troisième base ne modifie l'acide aminé ainsi codé que dans 30% des cas.

Apparition des isochores riches en GC

Les isochores riches en GC semblent être apparus chez l'ancêtre des Vertébrés. Le mécanisme à l'origine de cette apparition n'est pas actuellement connu avec certitude. Une théorie considère l'enrichissement en GC comme une adaptation à l'homéothermie chez les Mammifères et les Oiseaux, mais l'absence de corrélation entre température corporelle et taux de GC des organismes semble réfuter cette hypothèse. Une autre hypothèse sélectionniste propose la sélection de l'augmentation du taux de GC en lien avec l'expression génique. Cette théorie n'explique cependant pas bien les distributions de GC, et c'est la théorie neutraliste, dite de conversion génique biaisée, qui semble la plus vraiidentique.

Utilisation du taux de GC

L'étude du taux de GC est particulièrement utilisé en bactériologie pour la taxonomie.

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Bibliographie

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