Mastère Génétique Humaine et Modèles AnimauxInsertion-deletion-biases & the evolution             of genome size          ...
PlanIntroductionObjectifMatériels et MéthodesExpériences et résultatsConclusion généraleDiscussionPerspectives
Introduction
MutationDéfinitions•La mutation est un terme désignant unchangement de la séquence en nucléotidesd’un gène, dû soit à une ...
•Les facteurs internes engendrent des mutationsdites spontanées se produisant au moment de laréplication cellulaire•En gén...
L’insertion•Linsertion consiste en laddition dansune molécule dADN dune paire de bases ouplusieurs paires de bases• Cela e...
•Les biais dans les insertions et les suppressions spontanées (indels)peuvent conduire à un rétrécissement du génome par d...
ObjectifMise en évidence de la relation entrel’évolution de la taille du génome et la notiondu modèle équilibre mutation
Expériences et résultats
But1L’etude de l’énigme de la variation de la taille dugénome et son impact sur l’evolutionExpérience 1Séquençage du génom...
Interprétation 1lévolution du génome nest pas seulement, ni même principalement, une histoire de l’ évolution du gènele ma...
•La valeur C représente la taille dun génome , exprimée en pairede bases, ou en pico-gramme. Cette valeur C peut être mesu...
•Cependant, dès les premières mesures expérimentales, ilapparaît que certains organismes dits « simples » ont plus dADNque...
But 2Expliquer le paradox de la valeur C en se basant sur la perte del’ADNExperience2Etude de la première théorie qui insi...
Théorie qui se basesur la nature de   l’ADN
• Interprétation 2• ADN égoiste ou selfish DNA séquences d’ADN génomique,  capables de se répliquer et de se transposer, m...
• L’ADN non codant, autrefois appelé improprement ADN  poubelle    Junk DNA , désigne l’ensemble des séquences du  génome ...
Théorie qui sebase sur le rôlequantitatif del’ADN
theorie de nucléosquelette• la taille d’une cellule détermine la taille de l’ADN  theorie de nuclèotype• La quantité d’ADN...
• Ces théories mettent l’accent sur l’aspect diffèrent de la valeur C• Mais la principale difficulté de ce répértoire actu...
• un lien de causalité est proposé dexister entrela taille du génome et la vitesse à laquelle lADN estsupprimée par laccum...
ButExpliquer lhypothèse de la perte dADN, le modèledéquilibre mutationnel et les indelInterprétation•LADN est souvent perd...
•Le biais d’ indel peut entraîner des pertesimportantes dADN ?•Le mécanisme de perte de l’ADN joue-il un rôleimportant dan...
•Les insertions - délétions impliquant un petit nombre denucléotides sont attribuables aux erreurs de réplication delADN a...
Changementmutationnels dansl’ADN
•Certaines insertions sont attribuables aux transferts horizontaux degènes,évènements rares où une espèce reçoit un morcea...
Comment voyait-on lévolution au niveaude la fonction dun gène• La plupart des mutations sont délétères, elles réduisent la...
• elles sont          gardées par sélection positivedarwinienne (adaptative)Espace des mutationsLa fitness est fonction du...
ExpérienceLes bactéries et la drosophile exemples de biais de lasuppressionInterprétationBien que lhypothèse de perte ADN ...
Retrait du génomedes bactéries,endosymbiotique
•chez les protistes il ya une corrélation positiveentre la teneur en ADN et la taille des cellules, etune relation négativ...
•Les bactéries se distinguent également des protistes ellesne montrent aucun signe du paradoxe de la valeur - C•Car il ya ...
•Bien quil ny ait quelque raison de croire quebactéries libres peuvent être plus enclins àlexpansion du génome de formes p...
•Encore une fois, cet exemple montre que chez les bacteriesle biais de suppression peut en effet façonner la diversité det...
•Ou pourquoi les régions d’ADN non codant sont tellement raredans tous les génomes bactériens•Il contribue donc très peu à...
La drosophile et l’évolution
•Henrique Teotonio et ses collègues ont examiné lechromosome 3 des drosophiles•Toutes sétaient rapprochées de leurscaracté...
•Autrement dit, certains insectes, qui peuvent avoir retrouvéextérieurement leur état ancestral – et présentent doncun phé...
•Ces découvertes fournissent d’autres perspectives dans lacompréhension sur l’évolution des organismes vivants• D’unepart,...
En raison de la différence de la longueur dintrons, le nombre deTE situés dans les séquences introniques est significative...
TE ont joué un rôle important dans ladaptation de mouches desfruitsLun des rapports les plus importants était celui de la ...
Chez les mammifères et les autres vertébrés de plus haut niveau lesSines et LINE dans les séquences introniques ont donné ...
Les insertions des TE à l’interieurs des séquences hautementsrépétitives UTRs peuvent altérer les niveaux d’expresson desg...
Conclusion
Suites à ces expériences, les résultats suggèrent qu’ilexiste un lien direct entre la taille des introns et lephénomène d’...
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  1. 1. Mastère Génétique Humaine et Modèles AnimauxInsertion-deletion-biases & the evolution of genome size Par T.Ryan Gregory Publié dans science direct SAAFI Henda
  2. 2. PlanIntroductionObjectifMatériels et MéthodesExpériences et résultatsConclusion généraleDiscussionPerspectives
  3. 3. Introduction
  4. 4. MutationDéfinitions•La mutation est un terme désignant unchangement de la séquence en nucléotidesd’un gène, dû soit à une perte ou à un rajoutd’un ou plusieurs nucléotides, soit à unchangement d’un nucléotide par un autre•Cette modification de l’information génétiquepeut provoquer, lors de la traduction de lADN,la production dune protéine ne fonctionnantpas correctement
  5. 5. •Les facteurs internes engendrent des mutationsdites spontanées se produisant au moment de laréplication cellulaire•En général, elles sont rares et aléatoires, et doncelles constituent la principale source dediversité génétique, moteur de lévolution•Dans certains cas, la mutation peut procurer unavantage sélectif ou au contraire être défaillant• Cest la base du processus de lévolution
  6. 6. L’insertion•Linsertion consiste en laddition dansune molécule dADN dune paire de bases ouplusieurs paires de bases• Cela est du à un problème lors dela réplication qui se produit naturellement ou àcause dun agent mutagène•Cette insertion peut-être à lorigine dundécalage du code de lecture du gène ayantsubit linsertion
  7. 7. •Les biais dans les insertions et les suppressions spontanées (indels)peuvent conduire à un rétrécissement du génome par desmécanismes mutationnels•L’ article couvre trois idées différentes (1) la notion générale de la perte de lADN par des préjugéssuppression (2) lhypothèse de la perte de lADN, qui suppose que les variationsdans la taille du génome peut être attribuée à des différences detaux de perte de lADN(3) le «modèle déquilibre mutation»
  8. 8. ObjectifMise en évidence de la relation entrel’évolution de la taille du génome et la notiondu modèle équilibre mutation
  9. 9. Expériences et résultats
  10. 10. But1L’etude de l’énigme de la variation de la taille dugénome et son impact sur l’evolutionExpérience 1Séquençage du génome humain en 2001Des comparaisons plus récentes avec des modèlesdu génome des vertébrésSéquençage du génome de la souris en 2002
  11. 11. Interprétation 1lévolution du génome nest pas seulement, ni même principalement, une histoire de l’ évolution du gènele manque de la correspondance entre le nombre degénes et la complexité organismique étiqueté commela valeur-G n’est que le moderne équivalent de la déconnexion entre la taille du génome et la complexité morphologique obsevée pour la première fois dans lesannées 1940 et surnommée le paradox de la valeur Cen1970
  12. 12. •La valeur C représente la taille dun génome , exprimée en pairede bases, ou en pico-gramme. Cette valeur C peut être mesuréepour chaque espèce, et nest pas significative du niveau decomplexité de lorganisme considéré, cest le paradoxe de lavaleur C•la valeur C varie énormément entre espèces•Les organismes Procaryotes (archéobactéries et eubactéries) sontdits « simples » et ont de petits génomes• Les Eucaryotes (comme lhomme) sont considérés comme étantplus « complexes » et ont des génomes plus grands. Cela a conduitles biologistes à penser que la complexité dun organisme pouvaitêtre liée à la taille de son génome, cest-à-dire à la valeur C
  13. 13. •Cependant, dès les premières mesures expérimentales, ilapparaît que certains organismes dits « simples » ont plus dADNque dautres organismes dits « complexes » •Cest le paradoxe de la valeur C il nexiste pas de relation entre la complexité dun organisme et la taille de son génome. •Le paradoxe de la valeur C, a été résolu par la découverte que la plupart dADN est non codant •La perte de l’ADN non codant chez les eucaryotes constitue le plus grand énigme de la valeur C
  14. 14. But 2Expliquer le paradox de la valeur C en se basant sur la perte del’ADNExperience2Etude de la première théorie qui insiste sur la nature de l’ADNEtude de la deuxième théorie qui insiste sur le rôle quantitatifde l’ADNLes réductions de la taille du génome ont été envisagés, dans lusine et chez plusieurs groupes danimaux
  15. 15. Théorie qui se basesur la nature de l’ADN
  16. 16. • Interprétation 2• ADN égoiste ou selfish DNA séquences d’ADN génomique, capables de se répliquer et de se transposer, mais qui ne confèrent aucun avantage à la cellule.• On parle d’ADN égoïste ou de parasite génétique car son activité ne sert qu’à assurer sa propre persistance au cours des générations.•ADN égoïste est celui qui se transmet par les actions deséquences égoistes comme éléments transposables•L’expension inevitable de ces èlèments produit une augmentationde la taille du génome , ce qui confére un desavantage sèlectif
  17. 17. • L’ADN non codant, autrefois appelé improprement ADN poubelle Junk DNA , désigne l’ensemble des séquences du génome qui ne sont pas traduites en protéines.• Une proportion très importante de tous les génomes eucaryotes est composée de cette classe d’ADN• lADN poubelle se réfère à laccrétion de gène défunte ou pseudogènes• Les pseudogénes sont le cumul des mutations , dèpourvu defonction et leurs réplication ne peut que défavoriser l’organismeen question
  18. 18. Théorie qui sebase sur le rôlequantitatif del’ADN
  19. 19. theorie de nucléosquelette• la taille d’une cellule détermine la taille de l’ADN theorie de nuclèotype• La quantité d’ADN présente dans la cellule va infulencer la taille de la cellule• quoiquelles diffèrent considérablement dans leurs spécificités, les deux thérories décrient la variation de taille du génome
  20. 20. • Ces théories mettent l’accent sur l’aspect diffèrent de la valeur C• Mais la principale difficulté de ce répértoire actuel des théoriesde la taille du génome c’est qu’il ne prévoit aucun mécanismeexplicite de la perte de l’ADN•Même si dans certains cas la sélection de lADN diminuéest conforme aux relations connuesentre la taille du génome et les fonctions cellulaires / organismaltels que le taux métabolique, le temps de développement, ou la taille ducorps
  21. 21. • un lien de causalité est proposé dexister entrela taille du génome et la vitesse à laquelle lADN estsupprimée par laccumulation de petites délétions qui nesont pas compensé par des insertions.•Petrov en 2002 soutient que les différences dansla taille du génome peuvent être entraînée en grandepartie par des changements dans le taux de nucléotidesperdu par les suppressions spontanées les petites indels.
  22. 22. ButExpliquer lhypothèse de la perte dADN, le modèledéquilibre mutationnel et les indelInterprétation•LADN est souvent perdu, en quantités biologiquementpertinentes, par biais dans les petits indels (cest à dire,<400 pb)•Les modèles de changement de taille de génome évaluétraité exclusivement avec ces petits indels•En fait, il y a trois questions distinctes impliquées danscette discussion
  23. 23. •Le biais d’ indel peut entraîner des pertesimportantes dADN ?•Le mécanisme de perte de l’ADN joue-il un rôleimportant dans l’élaboration de la diversité de lataille du génome ?•L’èquilibre de mutation et l’effet sur l’évolutionde la taille du génome ?
  24. 24. •Les insertions - délétions impliquant un petit nombre denucléotides sont attribuables aux erreurs de réplication delADN au cours de la méiose(comme pour la plupart dessubstitutions)•Les longues insertions - délétions semblent provenir decrossing over inégauxou dévènements de transposition via lestransposons ou les éléments transposables (retrotransposons,LINEs, SINEs, Alu, ...)
  25. 25. Changementmutationnels dansl’ADN
  26. 26. •Certaines insertions sont attribuables aux transferts horizontaux degènes,évènements rares où une espèce reçoit un morceau dADNprovenant dune autre espèce (via des virus, plasmides, transposons...)
  27. 27. Comment voyait-on lévolution au niveaude la fonction dun gène• La plupart des mutations sont délétères, elles réduisent la fitnessde lorganisme• elles sont éliminées de la population par sélection purificatrice• Quelques mutations sont avantageuses, elles augmentent lafitness de lorganisme
  28. 28. • elles sont gardées par sélection positivedarwinienne (adaptative)Espace des mutationsLa fitness est fonction du taux de survie et de lafécondité
  29. 29. ExpérienceLes bactéries et la drosophile exemples de biais de lasuppressionInterprétationBien que lhypothèse de perte ADN est basé sur les donnéesdes animaux, les deux meilleurs exemples de mécanismesIndel proviennent de bactéries et de graminées
  30. 30. Retrait du génomedes bactéries,endosymbiotique
  31. 31. •chez les protistes il ya une corrélation positiveentre la teneur en ADN et la taille des cellules, etune relation négative entre le taux de celles-ci etla division cellulaire•Il a largement été supposé que des relationssemblables existeraient entre bactéries, enparticulier étant donné que leur seulchromosome circulaire contient une seule originede réplication•Mais une récente comparaison révéle aucunecorrélation avec la taille du génome chez lesprocaryotes
  32. 32. •Les bactéries se distinguent également des protistes ellesne montrent aucun signe du paradoxe de la valeur - C•Car il ya une corrélation directe entre la taille du génomeet le nombre de gènes dans ces organismes•Il a été noté à plusieurs reprises que bactéries libresont de plus grands génomes que ceux qui dépendent deleurs hôtes• Sélection pour la réplication rapide des parasites est uneexplication communément cité
  33. 33. •Bien quil ny ait quelque raison de croire quebactéries libres peuvent être plus enclins àlexpansion du génome de formes parasitaires•le biais de la suppression peut être le principaldéterminant de ce modèle •Plus précisément, après un changement demode de vie notamment comme de passer à l’endosymbiose ou le parasitisme, de nombreux gènes essentiels précédemment perdent leur pertinence fonctionnelle •Car ils succombent à un biais mutationnel et des petites délétions
  34. 34. •Encore une fois, cet exemple montre que chez les bacteriesle biais de suppression peut en effet façonner la diversité detaille du génome chez certains organismes•Mais il ne corrobore pas lhypothèse de la perte dADN• Le biais de l a suppression peut expliquer la variation de lataille du génome constatées entre les bactéries vivant enliberté contre les parasites•Mais il nexplique pas pourquoi les procaryotes ont desgénomes beaucoup plus petites que ceux des eucaryotes (àlexception de quelques protistes parasites avec des petitesvaleurs C)
  35. 35. •Ou pourquoi les régions d’ADN non codant sont tellement raredans tous les génomes bactériens•Il contribue donc très peu à la compréhension de l énigme de lavaleur C •En résumé, il existe des preuves que le biais de la suppression affecte la taille du génome chez les bactéries endosymbiotique, portant spécifiquement sur la perte de gènes •Cependant ce biais de supression ne semble pas sappliquer à dautres endosymbiontes comme les organites ou nucleomorphs
  36. 36. La drosophile et l’évolution
  37. 37. •Henrique Teotonio et ses collègues ont examiné lechromosome 3 des drosophiles•Toutes sétaient rapprochées de leurscaractéristiques génétiques originelles mais demanière très imparfaite•Non seulement cette évolution à rebours ne s’étaitpas effectuée avec la même rapidité pour tousles gènes• mais encore celle-ci semble s’arrêter dès que lesmouches présentent un bon degré d’adaptation àleur environnement héréditaire
  38. 38. •Autrement dit, certains insectes, qui peuvent avoir retrouvéextérieurement leur état ancestral – et présentent doncun phénotype identique à celui de leurs aïeux –, peuvent enrevanche être génétiquement différentes. L’évolution serait doncà sens unique• On narrive à prévoir les changements au niveau de lADN quunefois sur deux , conclut Henrique Teotonio, ajoutant que lesconnaissances actuelles sur les liens entre gènes et évolutionrestent insuffisantes pour prédire la capacité d’adaptation d’uneespèce aux variations du milieu.
  39. 39. •Ces découvertes fournissent d’autres perspectives dans lacompréhension sur l’évolution des organismes vivants• D’unepart, elle démontre que l’évolution se produit par deschangements dans la distribution des allèles dans unepopulation donnée de génération à génération, plutôt que parmutations successives• D’autre part, même si certaines mouches présentent unphénotype identique à celui de leurs ancêtres, elles peuventêtre génétiquement très différentes. D’où un nouveau type de biodiversité
  40. 40. En raison de la différence de la longueur dintrons, le nombre deTE situés dans les séquences introniques est significativementplus faible dans les génomes non-mammifère par rapport auxgénomes des mammifèresDans les organismes ou le fonctionement des mécanismesd’epissage via les introns defénis , l’insetrion des Tes dans lesexons codants serait plus répandue
  41. 41. TE ont joué un rôle important dans ladaptation de mouches desfruitsLun des rapports les plus importants était celui de la troncaturedu gène CHKov1 par un TE conduisant à la résistance auxpesticidesSINE et LINES ont été montrés dans de nombreuses publicationsà être des bons substrats pour le processus de l’ exonisation enraison de leur structure particulière
  42. 42. Chez les mammifères et les autres vertébrés de plus haut niveau lesSines et LINE dans les séquences introniques ont donné lieu à un plusgrand niveau d’ exonisation en raison de la pré-existence de sitedépissage de type séquences, telles que les voies putativespolypyrimidine et des sites dépissage 5 ‘L’analyse a montré aussi que l taille moyenne des derniers exons estplus longue chez les mammifères par rapport aux vertébrés nonmammifères et encore plus grande que celles des invertebrés,Il y a une corrélation entre les longueurs des derniers exons et lepourcentage des TE insérés.
  43. 43. Les insertions des TE à l’interieurs des séquences hautementsrépétitives UTRs peuvent altérer les niveaux d’expresson desgenes, créer de nouvelles cibles de micro ARN ou meme devenirdes précurseurs de noouveaux micro ARNVraisemblablement, l’augmentation de la tailles des derniersexons et le pourcentage des TE dans ces exons chez lesinvertebrés jusqu’aux mammifères pourrait amener à un plushaut niveau de regulation de complexité observée chez desorgnismes plus évolués.Le phenomènes d’exonisation par ls elements transposables estbeaucoup plus observés chez les mammifères que chez les nonmmmifères vertebrés, encore moins chez les invertebrés.
  44. 44. Conclusion
  45. 45. Suites à ces expériences, les résultats suggèrent qu’ilexiste un lien direct entre la taille des introns et lephénomène d’exonisation des élements transposables.Ce processus est devenu encore plus répandu suite àl’apparition des mammifères.
  46. 46. Merci pour votre attention

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