Pour combler la grande distance évolutive entre les vertébrés actuels et le chordé ancestral avec un génome non dupliqué, Sacerdot et ses collègues ont d’abord reconstruit le génome ancestral des amniotes. Pour ce faire, ils ont d’abord appliqué l’algorithme AGORA (Algorithm for Gene order Reconstruction in Ancestors) qu’ils avaient précédemment développé aux ordres, orientations et arbres génétiques de 61 génomes d’animaux existants issus de la base de données Ensembl. Il s’agissait de 40 mammifères, 3 oiseaux, 2 reptiles, 1 amphibien, 8 téléosts, 1 cœlacanthe, 2 tuniciers, 1 nématode et 1 mouche. Malheureusement, Ensembl n’inclut pas le génome d’un poisson cartilagineux (par exemple le requin éléphant, Callorhinchus milii, une chimère, qui a le génome de vertébré à évolution la plus lente connu), ni ceux des hémichordés, des échinodermes ou des céphalochordés – des deutérostomes invertébrés dont les génomes n’ont pas subi la perte considérable de gènes et la compaction caractéristique des génomes de tuniciers.

Sacerdot et al. ont ensuite identifié des paires de gènes ohnologues putatifs dans ce génome ancestral d’amniote et ont produit des ensembles de régions ancestrales contiguës (CAR). Les ohnologs sont des gènes homologues au sein d’une espèce résultant de DGE. Enfin, ils ont regroupé ces régions ancestrales contiguës en un ensemble de 51 qui se répartissent de manière significative en 17 groupes de quatre, ou tétrades, le résultat attendu de deux cycles de maladies génétiques. Pour distinguer le schéma des fusions et fissions chromosomiques au cours de l’évolution, ils ont voulu comparer ces 17 tétrades à l’organisation des gènes dans un génome pré-vertébré non dupliqué. Cependant, les génomes des tuniciers évoluent très rapidement et sont assez divergents de ceux des autres deutérostomes invertébrés, tandis que l’assemblage du génome publié du céphalochordé Branchiostoma floridae est trop fragmenté pour l’analyse. Par conséquent, les auteurs ont comparé leurs 17 tétrades de RAC aux 17 groupes de liaison de chordés ancestraux précédemment déterminés par la comparaison de la synténie des gènes sur les chromosomes humains et sur les échafaudages du génome de B. floridae. De façon remarquable, chacun de ces groupes de liaison de chordés était en corrélation avec une tétrade CAR prédominante. Ils ont conclu de cette comparaison que le génome du vertébré ancestral comportait 17 chromosomes qui se sont ensuite dupliqués en 34 chromosomes par un cycle de DGO (1R). Par la suite, il y a eu 7 fusions de chromosomes, ce qui a donné 27 chromosomes qui, à l’origine des vertébrés, avant la division agnathan/gnathosome, se sont à nouveau dupliqués (2R WGD) en 54 chromosomes. Après la DWG 2R, il y a eu quatre fusions supplémentaires avant le vertébré osseux ancestral, suivies d’une cinquième fusion avant la base des amniotes. Ainsi, le caryotype ancestral des vertébrés osseux comprenait 50 chromosomes et l’amniote ancestral avait 49 chromosomes (Fig. 1b).

En plus de reconstruire les duplications, les fusions et les fissions de chromosomes au cours de l’évolution, l’algorithme AGORA peut calculer les ordres des gènes sur les chromosomes de l’ancêtre amniote hypothétique en comparant les ordres des gènes sur les chromosomes de ses descendants actuels . Ce génome amniote ancestral reconstruit contient 80% des 15 854 gènes du RAC. La répartition inégale de ces gènes sur les 49 chromosomes de l’amniote ancestral pourrait refléter la réalité ou alternativement la difficulté de reconstruire l’ordre des gènes sur des chromosomes ayant subi des réarrangements génétiques considérables au cours de l’évolution.

Pour autant, deux éléments ressortent de l’analyse. La première est que la comparaison du génome ancestral de l’amniote avec les RAC regroupés en 17 tétrades aux super-échafaudages de l’assemblage du génome de la lamproie (Petromyzon marinus) montre un schéma clair de 1 à 4 cohérent avec la JMG 2R avant la scission agnathan/gnathostome. Ces résultats sont en contradiction avec ceux de Smith et al. qui ont trouvé des preuves solides d’une DWG 1R seulement chez la lamproie par rapport au poulet. Cette divergence pourrait s’expliquer par l’inclusion de données génomiques provenant d’un plus grand nombre d’espèces dans la reconstruction du génome ancestral hypothétique des amniotes, un processus qui, en soi, élimine également les réarrangements génomiques confondants qui se sont produits chez les vertébrés après l’ancêtre des amniotes. Il est probablement aussi dû à l’inclusion de données phylogénétiques pour déterminer les tétrades CAR, révélant ainsi des ohnologs qui ont divergé à la base de l’évolution des vertébrés.

Le deuxième résultat qui ressort est la correspondance entre l’ordre des gènes sur les chromosomes humains et les 17 chromosomes pré-1R. Lorsque les 17 chromosomes pré-1R sont codés en couleur (Fig. 1b) et que les couleurs de chaque gène sont transférées aux positions des 8282 gènes humains qui descendent des gènes pré-1R, le schéma des duplications et des translocations du génome est apparent. Par exemple, le chromosome 1 du génome pré-1R contient les gènes Hox. Un large segment du chromosome 2 humain contient le groupe HoxD et de nombreux autres gènes correspondant à ceux du chromosome 1 pré-1R. Les 3 autres clusters Hox humains sont situés sur les chromosomes humains 7, 12 et 17. En outre, un nombre important d’homologues d’autres gènes du chromosome 1 pré-1R sont situés sur les chromosomes humains 1, 3, 10, 16 et 22, ce qui indique des translocations.