Program 2nd EBM

2ème Journée
« Evolution biologique »
Organisée par l’Université de Provence (UPRES Biodiversité),l’INSERM (Unité 119, Cancérologie Expériementale).
Pierre Pontarotti, Éric Faure.

Programme des communications orales

Modérateur: Jean-Michel Claverie

Session 1: Bioinformatique

Nicolas Galtier: La méthode du maximum de vraisemblance en phylogénie moléculaire: cas des modèles non-homogènes.

Alain Guénoche: Les invariants de Lake et l’assemblage des arbres sur 4 taxons.

Stéphane Audic: Auto-identification des régions codantes dans des génomes bactériens.

Laurent Duret: Impact du contexte génomique et du profil d’expression sur l’évolution et la structure intron/exon des gènes humains.

Session 2: Les rétroéléments

Marie-Ange Grandbastien: Activation par le stress et évolution d’éléments de type rétroviral chez les plantes.

David L. Robertson: Recombinaisons entre les virus HIV.

Session 3: Présentation des diverses activités du Muséum d’Histoire Naturelle de Marseille

Michèle Dufrenne

Session 4: Biodiversité et évolution des espèces

Isabelle Iteman: Évolution et relations phylogénétiques chez les cyanobactéries. Le groupe des Cyanobactéries filamenteuses planctoniques fixatrices d’azote.

Jean-François Martin: Phylogénie moléculaire des Satyrides européens (Lepidoptera: Nymphalidae)

Jean-Paul Casanova: Relations phylogénétiques dans le sous-ordre des Lophogastrida (Crustacés, Mysidacés), d’aprés les données morpho-anatomiques et moléculaires.

Raphaël Plante: Le caelacanthe, un ancètre ou un résidu évolutif.

Session 5: Origine des grands taxa et paléontologie moléculaire

Eric Faure: L’origine des tétrapodes à la lumière de la phylogénie moléculaire: cas particulier des gymnophiones.

Pontarotti, P.: L’ancètre des vertébrés était-il vraiment polyploïde?

Anne Miquelis: Phylogénie moléculaire des Triploblastes.

Eliane Béraud-Colomb: L’ADN fossile a 14 ans.

Eva-Maria Geigl: L’analyse de l’ADN dans des fossiles vieux d’un demi-million d’années.

Conclusion générale et discussion

Participants à la réunion n’effectuant pas de présentation orale:André Gilles: Structure et évolution de la région de contrôle chez les Cypriniformes (Teleostei, Ostariophysi): implications pour leurs relations phylogénétiques.Erick Desmarais

Nicolas Galtier

La méthode du maximum de vraisemblance en phylogénie moléculaire: cas des modèles non-homogènes.UMR 5558 – « Biométrie, Génétique et Biologie des Populations »Université C. Bernard Lyon 1 et UPR 9060 – « Génome et Populations » Université Montpellier 2.

La phylogénie moléculaire a pour objectif de reconstituer l’histoire évolutive d’un groupe d’espèces en comparant les séquences d’ADN ou de protéines portées par les génomes de ces espèces; cette activité est à l’interface de plusieurs disciplines scientifiques telles que la systématique, la biologie moléculaire, la biométrie, l’informatique. La question des méthodes appropriées pour la reconstruction d’arbres phylogénétiques à partir de données moléculaires a fait l’objet d’un débat important depuis une trentaine d’année (Felsenstein 1988, Nei 1996).

Parmi les nombreuses méthodes proposées, celle du maximum de vraisemblance (Cavalli-Sforza & Edwards 1967, Felsenstein 1981) semble réunir les propriétés désirables de consistance, puissance et robustesse (Yang 1996). Cette méthode est basée sur la modélisation du processus évolutif de substitution nucléotidique, à l’origine des différences observables entre séquences actuelles. Son usage est de plus en plus largement répandu (Huelsenbeck & Crandall 1997), ce qui est justifié par l’augmentation de la capacité de calcul des ordinateurs, mais aussi par l’amélioration de nos connaissances des processus de l’évolution moléculaire, qui permettent la mise au point de modèles pertinents (Yang 1994, Yang et al. 1994).

Nous présentons une implémentation au maximum de vraisemblance d’un modèle évolutif non-homogène, autorisant les compositions en bases des séquences (pourcentage de A, C, G et T) à varier au cours du temps (Galtier & Gouy 1995, 1998). Cette méthode apporte une réponse au problème de l’analyse phylogénétique de séquences dont les taux de G+C diffèrent: nous montrons sur des cas réels que les méthodes classiques de phylogénie moléculaire ont tendance à regrouper tort les séquences de compositions en bases similaires, et ceci indépendamment de leurs véritables relations phylogénétiques, et que le biais disparaît ou diminue nettement lorsqu’un modèle approprié est employé. De manière inattendue, la méthode présentée permet également une estimation précise des compositions en bases (taux de G+C) ancestrales. Cette propriété est exploitée pour étudier les circonstances de l’évolution de la structure en isochores des génomes de Mammifères (Galtier & Mouchiroud 1998). L’importance de la modélisation en évolution moléculaire et en phylogénie moléculaire est discutée.

REFERENCES

Cavalli-Sforza L.L. & Edwards A.W.F. 1967. Phylogenetic analysis. Model and estimation procédures. Am. J. Hum. Genet. 19:223.

Felsenstein J. 1981. Evolutionary trees from DNA sequences: a maximum likelihood approach. J. Mol. Evol. 17: 368-376.

Felsenstein J. 1988. Phylogenies from molecular sequences: inferences and reliability. Annu. Rev. Genet. 22: 521-565.

Galtier N. & Gouy M. 1994. Inferring phylogenies from DNA sequences of unequal base compositions. Proc. Natl. Acad. Sci; USA 92: 11317-11321.

Galtier N. & Gouy M. 1998. Inferring pattern and process: maximum-likelihood implementation of a non-homogeneous model of DNA sequence evoliution for phylogenetic analysis. Mol. Biol. Evol. (sous presse)

Galtier N. & Mouchiroud D. 1998. Evolution of isochores in mammals: a human-like ancestral pattern. (soumis)

Huelsenbeck J.P. & Crandall K.A. 1997. Phylogeny estimation and hypothese testing using maximum likelihood. Annu. Rev. Ecol. Syst. 28: 437-466.

Nei M. 1996. Phylogenetic analysis in molecular evolution genetics. Annu. Rev. Ecol. Syst. 27: 371-403.

Yang Z. 1994. Estimating the pattern of nucleotide substitution. J. Mol. Evol. 39: 105-111.

Yang Z., Goldman N. & Friday A. 1994. Comparison of models for nucleotide substitution used in maximum-likelihood phylogenetic estimation. Mol. Biol. Evol. 11: 316-324.

Yang Z. 1996. Phylogenetic analyses using parsimony and likelihood methods. J. Mol. Evol. 42:294-307.

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Alain Guénoche

Les invariants de Lake et l’assemblage des arbres sur 4 taxons.LIM – CNRS, 163 Av. de Luminy, 13009 Marseille.

J.A. Cavender, J. Felsenstein et J.A. Lake ont introduit, en 1987, la notion d’invariants phylogénétiques. Il s’agit, à partir de l’alignement de quatre séquences de nucléotides, de décider si les taxons correspondant peuvent se placer suivant un arbre, et si oui lequel.

Dans la premiére partie, nous reprendrons l’argumentation de Lake, et son « Evolutionary parsimony method ». Ensuite nous aimerions discuter du bien fondé du modèle d’évolution sous-jacent et d’éventuelles adaptations de cette approche.

Dans la seconde partie, nous décrirons quelques méthodes qui permettent, à partir des arbres résolus sur quatre taxons, de reconstruire un arbre portant sur un ensemble de séquences plus vaste, en particulier la méthode Q* de V. Berry (1997) et le « Quartet Puzzling » de Strimmer et von Haeseler (1996).

REFERENCES

V. Berry (1997) Méthodes et algorithmes pour reconstruire les arbres d’évolution, Thése de l’Université de Montpellier II.
J.A. Cavender, J. Felsenstein (1987) Invariants of phylogenies in a simple case with discrete states, J. Class., 4, 57-71.

P. Darlu, P. Tassy (1992) Reconstruction phylogénétique, Masson.
J. Felsenstein (1991) Counting phylogenetic invariant in some simple cases, J. theor. Biol., 152, 357-376.
J.A. Lake (1987) A rate-independent technique for analysis of nucleic acid sequences : evolutionary parsimony, Molec. biol. Evol., 4, 167-191.
K. Strimmer, A. von Haeseler (1996) Quartet puzzling : a quartet maximum-likelihood method for reconstructiong tree topologies, Mol. Biol. Evol., 13, 7, 964-969.

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Stéphane Audic

Auto-identification des régions codantes dans des génomes bactériens. Stéphane Audic et Jean-Michel Claverie

Information génétique et structurale, 31 Chemin Joseph Aiguier, 13402 Marseille, France.

Je présenterai une nouvelle méthode de détection des régions codantes dans les séquences d’ADN bactérien. Cette méthode itérative modélise les séquences d’ADN à l’aide de chaînes de Markov et réalise un partitionnement automatique du génome en trois catégories, correspondant à la fin du processus aux régions codantes, codantes sur le brin opposé et non codantes. Contrairement aux autres méthodes actuelles, par exemple GENMARK (Bododovsky et McIninch, 1993, Comput. Chem. 17, 123-133), notre méthode est totalement indépendante d’un ensemble d’entraînement (un ensemble de séquences déjà caractérisées) et ne demande pas de connaissance particulière sur le génome étudié? Cette méthode tolère un taux d’erreur de séquençage de l’ordre de 1 à 2 % et est donc appropriée pour l’étude des génomes encours de séquençage. La méthode a été validée sur 10 génomes complets bactériens et identifie les régions codantes avec une précision de l’ordre de 90%.

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Laurent Duret

Impact du contexte génomique et du profil d’expression sur l’évolution et la structure intron/exon des gènes humains. Laurent Duret et Dominique Mouchiroud

Laboratoire BGBP – UMR CNRS 5558 Universite Claude Bernard – Lyon 1, 43 Bd du 11 Novembre 1918, 69622 Villeurbanne Cedex.

Plus de 20 ans après la découverte des introns dans les gènes eucaryotes la raison de leur présence demeure incomprise. Comment expliquer que la cellule tolère dans ses genes ces séquences non-codantes dont la taille peut atteindre parfois plusieurs centaines de kilobases, notamment chez les vertébrés ? Pour tenter d’avancer dans la compréhension de ce paradoxe, nous avons étudié les relations entre le profil d’expression des genes (distribution tissulaire, niveau d’expression) et leur structure intronique (nombre et longueur des introns).

A l’aide des informations disponibles dans les banques de donnees d’EST, nous avons determine le profil d’expression dans 30 tissus et/ou 3 stades de developpement differents de 760 genes humains dont la séquence génomique entière (intron + exons) est disponible dans GenBank.

Cette analyse a montre que les introns sont d’autant plus courts que les genes sont fortement exprimes: les gènes fortement exprimes sont en moyenne 2 fois plus compacts que les gènes faiblement exprimés. Par ailleurs, comme nous l’avions montré précédemment [1], la taille des introns est fortement liée au contexte génomiques dans lequel se trouve le gène: les introns sont 2,5 fois plus courts dans les isochores riches en GC (H3) que dans les isochores pauvres en GC (L1L2). Le profil d’expression n’est pas lie a l’isochore, et quelque soit l’isochore, les gènes fortement exprimes sont toujours les plus compacts.

A l’inverse, nous avons constate que le morcellement des gènes tend a augmenter avec la distribution tissulaire: les gènes tissus-spécifiques contiennent significativement moins d’introns (rapporte a la taille des régions codantes) que les gènes ubiquitaires. Cet effet est particulièrement marque pour les introns situes dans la partie 5′ non-codante du gène: la fréquence des gènes contenant des introns 5′ est directement corrélée au nombre de tissus ou ces genes sont exprimes.

Par ailleurs nous avons examine le profil d’expression de 2400 gènes humain dont l’orthologue est connu chez le rat ou la souris et pour lesquels nous avons déterminé le taux d’évolution des sites synonymes (Ks) et non-synonymes (Ka). Certains auteurs ont proposes que les régions transcrites évolueraient moins vite que les régions non-transcrites, du fait d’une réparation plus efficace des lesions de l’ADN. Mais contrairement a ce que prédit cette hypothèse, nous n’avons pas observe de relations entre Ks et profil d’expression des gènes, ni dans les lignées somatiques ni dans les lignées germinales. Par contre, il existe une relation forte entre Ka et distribution tissulaire: les gènes tissus-spécifiques ont un Ka significativement plus élevé que les gènes ubiquitaires.

Les implications de ces différentes observations seront discutées.

REFERENCES
[1] Duret L, Mouchiroud D, Gautier C (1995) Statistical analysis of vertebrate sequences reveals that long genes are scarce in GC-richisochores. J Mol Evol 40:308-317

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Marie-Ange Grandbastien

Activation par le stress et évolution d’éléments de type rétroviral chez les plantes. Marie-Ange Grandbastien, J.M. Casacuberta, H. Lucas, C. Mhiri et S. Vernhettes

Biologie Cellulaire, INRA, 78026 Versailles, France

Le rétrotransposon Tnt1 du tabac est l’un des rares rétroéléments actif de plante. Sa régulation transcriptionnelle a été étudiée chez le tabac et chez des espéces hétérologues. Tnt1 est peu exprimé dans la plante, à l’exception des racines. Il est également exprimé dans certains organes floraux de la tomate et d’Arabidopsis thaliana, mais pas dans ceux de son hôte naturel le tabac. L’expression de Tnt1 est fortement induite par des stress abiotiques comme la blessure et certains agents chimiques, ainsi que par des élicitors d’origine pathogène et des infections bactériennes, virales et fongiques. La transcription de Tnt1 est corrélée à la réponse biologique de la plante à l’attaque du pathogène et est activée comme un marqueur précoce de la réponse de défense végétale. Cette régulation pourrait jouer un rôle dans la création de variabilité génétique chez la plante hôte en réponse à des stress. Il est également possible que l’activation de Tnt1 durant une attaque de pathogène puisse favoriser des événements de transfert horizontal de cet élément, lui permettant ainsi de coloniser de nouveaux hôtes.

La région U3 de la LTR de Tnt1 est impliquée dans sa régulation transcriptionnelle et contient plusieurs séquences homologues à des motifs régulateurs conservés impliqués dans l’activation de gènes de défense végétaux. Nous avons analysé l’évolution des membres de la famille Tnt1 dans différentes espèces du genre Nicotiana. Les éléments Tnt1 se décomposent en trois sous-familles, présentes en proportion relative variable d’une espèce à l’autre. La différence essentielle entre les trois sous-familles est située au niveau des régions régulatrices de la U3, qui divergent complètement, tandis que les régions adjacentes sont plus conservées. Cette observation indique que les éléments Tnt1 évoluent plus rapidement au niveau de leurs régions régulatrices. L’hypothèse que nous formulons est que les rétrotransposons Tnt1 évolueraient par acquisition de nouvelles régulations, peut être pour optimiser leur coexistence avec différents génomes hôtes. La distribution différentielle de chaque famille dans les différentes espèces de Nicotianées pourrait s’expliquer par une meilleure adaptation d’une sous-famille à un génome donné, ou à l’historique environnementale propre de cette espèce.

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David L. Robertson

Recombinaisons entre les virus HIV.Information génétique et structurale, CNRS-EP91, 31 Chemin Joseph Aiguier, 13402 Marseille Cedex 20, France.

The majority of known HIV-1 strains can be classified into two cladeson the basis of sequence comparisons: the major group « M » that iscomprised of the viruses that cause the majority of global infectionsor the outlier group « O ». Group M has been further sub-classified into10 distinct clades termed subtypes « A » to « J ». For the first timecomplete HIV-1 genomes that reflect this diversity are available.Interestingly, many sequences, including entire subtypes, have beenidentified that cluster differently in phylogenetic trees derived fromdifferent regions of the genome. The most plausible explanation forthe existence of such hybrid genomes is that recombination hasoccurred between divergent AIDS viruses. It seems that recombinationsignificantly contributes to the generation of novel viral strains. In addition, it is not restricted to the HIV-1 lineage as examples have been characterized from other primate lentiviruses.

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Isabelle Iteman

Évolution et relations phylogénétiques chez les cyanobactéries. Le groupe des Cyanobactéries filamenteuses planctoniques fixatrices d’azote. Isabelle Iteman, Rosmarie Rippka, Nicole Tandeau de Marsac et Michael Herdman

Unité de Physiologie Microbienne (CNRS URA 1129), Institut pasteur, 28, rue du Dr Roux, 75724 Paris Cedex 15.

Longtemps classées parmi les algues bleues, les cyanobactéries apparues sur la terre il y a environ 3,5 milliards d’années sont des micro-organismes photosynthétiques capables d’occuper de nombreuses niches écologiques. Les genres (150) et les espèces (>1000) appartenant à ce groupe bactérien ont été traditionnellement décrits grâce à des critères morphologiques (unicellulaire, filamenteuse, différenciation cellulaire) et écologiques. Actuellement quelques caractères physiologiques, biochimiques ou génétiques ont permis d’affiner cette classification. Afin d’avoir une approche plus moderne de la taxonomie, il nous a paru indispensable d’établir les relations phylogénétiques existant au sein des différents groupes de cyanobactéries. Particulièrement intéressés par des cyanobactéries toxiques, nous avons choisi d’étudier 11 isolats planctoniques appartenant à 5 genres différents: Anabaena, Anabaenopsis, Aphanizomenon, Cyanospira et Nodularia. Nous avons conduit nos analyses phylogénétiques en construisant dans un premier temps des arbres gr,ce aux séquences du gène rrnS (ARNr 16S). Les résultats ont montré clairement que les 5 genres étudiés formaient un groupe bien distinct au sein des souches filamenteuses fixatrices d’azote dont l’origine est monophylétique. Les proximités phylogénétiques établies par les séquences d’ARNr 16S sont en accord avec les parentés morphologiques observées pour Anabaena-Aphanizomenon et Anabaenopsis-Cyanospira. Ce dernier résultat a été corroboré par une étude des profils de restriction de l’amplicon rrnS (RFLP). Notre étude a également porté sur l’analyse d’une autre région de l’opéron rrn, la partie ITS (Intergenic Transcribed Spacer). Situés entre les gènes rrnS et rrnL, les ITS sont des domaines ayant des séquences très hétérogènes. Nous avons mis en évidence par amplification la présence de plusieurs ITS de taille variable au sein d’un mÍme organisme. Ce résultat indique que les différents opérons ribosomaux d’une souche n’ont pas obligatoirement une organisation identique mais peuvent varier entre autre par la taille des régions ITS. Cette particularité n’avait pas encore été décrite chez les cyanobactéries. Sur un plan évolutif, ce domaine subit moins de contraintes que les molécules d’ARN 16S ou 23S. Par conséquent, l’analyse des ITS permet d’affiner les affiliations taxonomiques et d’obtenir des informations sur la variabilité du nombre et du type de gènes codant les ARN de transfert situés dans ces régions.

Les résultats présentés ici sont partie intégrante d’une approche polyphasique de la taxonomie et de la phylogénie des cyanobactéries menée en coopération avec plusieurs laboratoires européens. Cette étude globalisant l’ensemble des données devrait permettre une meilleure connaissance des relations phylogénétiques entre les cyanobactéries et donc de l’évolution de ces organismes.

Cette étude est financée par le contrat BIO4-CT96-0256 (BASIC) du programme européen BIOTECH (Life Sciences and Technologies, Biotechnology Programme, 1994 ñ 1998), ainsi que par l’Institut Pasteur et le CNRS (URA 1129).

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Jean-François Martin

Phylogénie moléculaire des Satyrides européens (Lepidoptera: Nymphalidae) Jean-François Martin, André Gilles et Henri Descimon

UPRES Biodiversité 2202, Université de Provence, Pl. V. Hugo, 13331 Marseille.

Parmi les papillons de jour, la sous-famille des Satyrinae est considérée comme un groupe homogène avec une diversification corrélée avec l’adaptation aux Poaceae comme plantes nourricières. Cette étude, en utilisant deux gènes mitochondriaux différents, la sous-unité 1 (ND1) de la NADH déhydrogénase et la grande sous-unité ribosomale (16s) apporte une meilleure compréhension des relations phylogénétiques dans la sous-famille, en particulier pour les taxa européens. Du point de vue de l’analyse, l’accent est surtout mis sur l’impact du biais de composition nucléotidique sur la perte de signal phylogénétique. Nous avons utilisé le test de saturation absolue de Bremer, le  » Decay index « , et les analyses de contrainte pour évaluer l’impact des espèces et du nombre de sites utilisés sur la topologie. La perte de résolution des noeuds basaux n’est pas due à un manque de sites informatifs (l’approche par  » Total evidence  » amène à une topologie identique) mais plutôt à une radiation adaptative. Cette analyse est confirmée par la congruence des méthodes phénétiques (Neighbor joining) et cladistiques (parcimonie). En outre, la configuration des branchements entre espèces appartenant au mÍme genre semble être fiable, supportée par de fortes valeurs de  » bootstrap « , montrant un nombre suffisant de synapomorphies pour résoudre les relations phylogénétiques. Les radiations ont eu lieu dans des régions méditerranéennes et arides, mais également dans des zones de montagne. Même si des fossiles du Stampien sont connus dans le sud de la France, la prolifération des espèces dans plusieurs genres suggère une expansion plus récente du groupe.

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Jean-Paul Casanova

Relations phylogénétiques dans le sous-ordre des Lophogastrida (Crustacés, Mysidacés), d’aprés les données morpho-anatomiques et moléculaires. Jean-Paul Casanova, Laetitia De Jong et Eric Faure

UPRES Biodiversité 2202, case 18, Université de Provence, Pl. V. Hugo, 13331 Marseille cedex 3.

Les Lophogastrida sont des mysidacés (crustacés) primitifs, qui ne comprennent que 6 genres. L’un d’eux, Eucopia, est considéré comme très spécialisé et constitue à lui seul la famille des eucopiidés, tandis que les autres sont regroupés dans celle des lophogastridés. Au sein de cette dernière, le genre Gnathophausia est trés proche d’Eucopia, car deux espéces, G. gracilis et E. sculpticauda, montrent des similitudes curieuses portant sur l’ornementation (épines) des uropodes et, surtout, du moulin gastrique. Ceci indiquerait que ces espéces sont phylogénétiquement proches. Afin de tester cette hypothèse, nous avons comparé les séquences du gène codant l’ARN 16S de 3 espèces de chaque genre. L’arbre phylogénétique obtenu suggère, d’une part que Gnathophausiaet Eucopia sont des genres monophylétiques; d’autre part, que le premier, qui est branché le plus profondément, est le plus primitif, les eucopiidés dérivant donc des lophogastridés. Les données moléculaires supportent l’hypothèse morphologique et suggèrent, soit une séparation précoce des deux genres, soit une rapide divergence d’Eucopia en raison de sa spécialisation morphologique.

Il était tentant de voir ce qui se passait au niveau du système nerveux. Son anatomie montre une grande unité entre les espèces de chaque genre, contrairement à l’estomac. Mais chez Eucopia, la disposition de la chaîne nerveuse et celle de la paire de ganglions du huitième segment thoracique ont une configuration de type abdominal. Ce genre se démarque donc de Gnathophausiaet de tous les autres mysidacés et malacostracés à faciès caridoïde, où le changement d’aspect de la chaîne nerveuse se produit entre le thorax et l’abdomen. On peut en voir la cause dans le fait que les appendices thoraciques sont fortement modifiés chez Eucopia, à l’exception de ceux de la huitième paire, qui restent frêles, à l’instar des appendices abdominaux.

Les adaptations au régime alimentaire ne se manifestent qu’au niveau des appendices buccaux (mandibules, notamment). Elles ne concernent pas l’estomac dont la morphologie reflète l’histoire phylogénétique des crustacés. Ce n’est pas le cas de la chaîne nerveuse qui répond immédiatement aux modifications morphologiques des appendices qu’elle innerve.

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Raphaël Plante

Le caelacanthe, un ancètre ou un résidu évolutif.Centre d’Océanologie de Marseille, Station Marine d’Endoume, 13007 Marseille.

On a souvent présenté le coelacanthe comme jouant un rôle de premier plan dans l’histoire primordiale des vertébrés.

La théorie traditionnelle, fondée sur les relations ancêtre-descendant, situaient le coelacanthe comme le plus proche parent des tétrapodes. Ce modèle conférait au coelacanthe le statut du plus important des poissons actuellement vivants, qui assurait la transition entre mer et terre au niveau des vertébrés primitifs. Les spécialistes savaient que les véritables ancêtres des tétrapodes se trouvaient chez les rhipidistiens fossiles, et que le coelacanthe se trouvait seulement entraîné dans leur sillage, mais la notion erronée de « chaînon manquant » a connu un succès populaire très large.

Ulrich (1959) critique les simplifications abusives et le rôle excessif attribué au coelacanthe et il discute l’importance de nouvelles découvertes zoologiques. Il distingue entre la « hauteur » d’une catégorie systématique (la découverte d’un nouvel ordre, d’une classe ou d’un phylum est plus importante que celle d’une espèce ou d’un genre) et la « profondeur » de la relation phylogénétique (des découvertes localisées près des racines d’un arbre phylogénétique sont plus importantes que celles qui se placent à la périphérie du même arbre). En conséquence, les crossoptérygiens seraient très importants quant à la phylogénie des vertébrés, alors que les coelacanthes ne sont qu’une branche latérale, pratiquement une branche morte, et beaucoup moins importants pour comprendre l’histoire primordiale des vertébrés Forey (1990).

A l’heure actuelle, les relations phylogénétiques des coelacanthes avec les tétrapodes et/ou les dipneustes demeurent incertaines. Selon les méthodes de la cladistique moderne, fondées sur la recherche de caractères dérivés partagés et les relations entre groupes-frères, ou bien le coelacanthe apparaît comme un groupe-frère des dipneustes, ou bien les dipneustes apparaissent comme un groupe-frère des tétrapodes et les plus proches parents vivants des mêmes tétrapodes. De nouvelles découvertes dans l’anatomie crânienne et la génétique donne du poids à l’hypothèse selon laquelle les dipneustes et les coelacanthes sont un groupe monophylétique et forment conjointement un groupe-frère des tétrapodes.

Les coelacanthes demeurent donc un groupe énigmatique pour les spécialistes de l’évolution biologique. Ils sont d’excellents modèles pour tester la cladistique moderne, ou encore des modèles de changements moléculaires évolutifs comme, par exemple, dans les controverses à propos de l’évolution de l’hémoglobine des coelacanthes ou des séquences d’ADN .Les chromosomes de coelacanthe sont remarquablement proches de ceux des grenouilles les plus anciennes .

Quoiqu’il en soit, même si la position phylogénétique de Latimeria chalumnae doit donner lieu dans l’avenir à d’autres débats, et même si cette espèce n’a pas satisfait pleinement jusqu’à présent ceux qui voyaient en lui un ancêtre direct de notre histoire de vertébrés, il n’en demeure pas moins qu’elle conserve un haute valeur au plan évolutif.

Le coelacanthe est aussi devenu un modèle classique pour tester la qualité de reconstitution de fossiles ou la valeur des suppositions faites à propos de fonctions anatomiques ou physiologiques en. Ces suppositions ne peuvent être vérifiées que sur un animal vivant.

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Eric Faure

L’origine des tétrapodes à la lumière de la phylogénie moléculaire: cas particulier des gymnophiones. Eric Faure et Jean-François Martin

UPRES Biodiversité 2202, Hydrobiologie, case 31, Université de Provence, Pl. V. Hugo, 13331 Marseille cedex 3, France.

La position phylogénique des tétrapodes par rapport aux deux lignées de sarcoptérygiens encore vivantes (les dipneustes et le coelacanthe) a fait l’objet de nombreux débats et controverses. En utilisant des gènes d’ARN ribosomaux 12S et 16S, nous avons tenté d’apporter notre contribution à cette question en ajoutant des séquences de polyptères et de gymnophiones (deux taxa, jamais ou rarement représentés dans ce type d’analyse)

Diverses méthodes d’analyses phylogénétiques ont été utilisées. Dans la majorité des analyses, le clade dipneuste et tétrapode est confirmé et les amniotes d’une part et les mammifères d’autre part forment des groupes monophylétiques. Le clade, reptiles et oiseaux est lui aussi monophylétique. Par contre les lissamphibiens (amphibiens actuels comprenant les batraciens (anoures et urodèles) et les gymnophiones) n’ont pas toujours été retrouvés sous forme d’un groupe monophylétique. De plus dans toutes nos analyses, le polyptère forme un clade avec le coelacanthe, toutefois ce positionnement n’est pas supporté par de fortes valeurs de « bootstrap ». Ce dernier point sera à confirmer ou infirmer lors d’expériences futures en ajoutant diverses séquences de poissons constituant les branches basales des actinoptérygiens.

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Pierre Pontarotti

L’ancètre des vertébrés était-il vraiment polyploïde? Clonage de RXR chez l’Amphioxus, un élément supplémentaire pour étayer l `hypothèse que les ancêtres des vertébrés étaient tétraploïdes.

Abi Rached, L., Pébusque, MJ., Faure, E., Coulier, F., Birnbaum, D., et Pontarotti P.

INSERM U119, 27 Bd Leï Roure 13009 Marseille – FRANCE.

Nous avons montré que des gènes paralogues appartenant à plusieurs familles multigéniques sont trouvés chez l’homme dans quatre régions chromosomiques: 4p16, 5q33-35, 8p12-21 et 10q24-26, suggérant que leur région ancestrale a subit plusieurs tours de duplication. L a même observation a été faite par Katsanis et al.(1996) et Kasahara et al.(1996) pour les régions 6p21.3 (MHC) 9q34 , 1q21-25 et 19p13. Les gènes présents dans ces deux sets ont été analysés phylogénétiquement : nous avons montré grâce à l’analyse de banques de données que ces gènes paralogues étaient présents chez d’autres classes de vertébrés osseux y compris les poissons osseux. Par contre, chez les non vertébrés pour lesquels des informations sont disponibles (Echinodermes, D. melanogaster, C. elegans), on ne trouve qu’un ou deux gènes montrant le même degré de similitude avec chacun des paralogues de vertébrés. Ceci indique que les duplications à grande échelle sont survenues après la séparation des protostomes et des deuterostomes et avant la radiation des vertébrés osseux. Ohno (1970), puis Holland et collaborateurs (1994) ont suggéré que le génome des chordés a subi deux tours de tétraploïdisation. Les deux sets de régions paralogues pourraient être les stigmates des deux tours de tétraploïdisation. Si tel est le cas ces deux tours de tétraploïdisation ont eu lieu avant l’émergence des vertébrés osseux et après l’émergence des deuterostomes.

Notre but est de préciser la date de ces duplications. Pour se faire nous clonons les gènes présents dans les régions paralogues d’espèces placées dans des embranchements clef de la phylogenie. Les paralogues RXR humains sont présents dans les régions paralogues 6p21.3, 9q34 et 1q21-q25. Nous avons isolé un géne RXR chez l’Amphioxus qui montre une relation d’orthologie avec les RXR paralogues des vertébrés, ce qui indiquerait que la duplication grande échelle se serait passée après la séparation vertébrés céphalochordés. Nous clonons les autres gènes (présent dans les régions paralogues humaines) chez l’Amphioxus pour confirmer ce point.

D’autre part nous avons montré que certains des gènes présents dans les deux sets de régions paralogues sont liés dans le génome de D.melanogaster et de C.elegans, ceci suggère que ces liaisons existent chez l’ancêtre des coelomates triploblastiques. Ce type d’analyse, répétée sur plusieurs régions du génome de plusieurs espèces, pourrait conduire à la reconstruction du génome du coelomate triblobastique ancestral.

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Anne Miquelis

Phylogénie moléculaire des Triploblastes. Anne Miquelis, Jean-François Martin et Eric Faure

UPRES Biodiversité 2202, Université de Provence, Pl. V. Hugo, 13331 Marseille cedex 3.

Les métazoaires triploblastiques ou Bilateria, organismes caractérisés par leur symétrie bilatérale ainsi que par la présence d’un véritable mésoderme, sont classiquement divisés en trois grands groupes: Acoelomates (dépourvus de cavité corporelle), Coelomates (dont la cavité corporelle est délimitée par le péritoine) et Pseudocoelomates dont le nom même définit la nature présomptive de leur cavité corporelle. L’origine monophylétique ou polyphylétique de ces groupes repose sur l’apparition du coelome donc sur la présence ou l’absence de cavités dans le mésoderme du triploblaste ancestral. Les études les plus classiques admettent l’existence d’un ancêtre Acoelomate rattaché aux Plathyelminthes. Or de récents schémas phylogénétiques suggèrent d’une part que l’apparition du coelome se serait faite séparément chez les Protostomiens et les Deutérostomiens et d’autre part que l’organisme ancestral était un Coelomate dont le coelome aurait régressé donnant ainsi des Acoelomates.

La présente étude montre des reconstructions phylogénétiques exprimant la paraphylie des Pseudocoelomates et des Coelomates, quels que soient les gènes (18S rDNA, 28S rDNA, actine) ou les méthodes d’analyses (phénétique, cladistique) utilisés. L’accent a été mis sur le rôle des espèces dont les taux de mutation élevés induisent des phénomènes d’attraction de longues branches. D’autre part, la comparaison de nos résultats avec ceux obtenus au cours de précédentes études, qui présentaient un échantillonnage plus parcellaire, permet de mesurer l’impact de certaines espèces sur la topologie des reconstructions. Nos analyses conduisent en outre à des reconstructions phylogénétiques dont la structure basale montre des noeuds non résolus. Cette structure n’est pas due à un manque de sites informatifs, mais à une radiation adaptative datant probablement du Précambrien.

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Eliane Béraud-Colomb

L’ADN fossile a 14 ans .Information génétique et structurale, CNRS-EP91, 31 Chemin Joseph Aiguier, 13402 Marseille Cedex 20, France.

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Eva-Maria Geigl

L’analyse de l’ADN dans des fossiles vieux d’un demi-million d’années.Institut Jacques Monod, Tour 43-2, Place Jussieu, 75005 Paris, France.

Jusqu’à très récemment, il n’y avait que deux disciplines au service de l’étude de l’évolution biologique empruntant des approches très différentes: la paléontologie étudie les témoins directs du passé, les fossiles. Grâce à l’anatomie comparée, elle établit les liens phylogénétiques avec les espèces actuelles. La génétique de l’évolution, par contre, procède dans le sens inverse et remonte dans le temps: à partir des séquences d’ADN des espèces actuelles, elle déduit les mutations les plus probables survenues au cours de l’évolution. Ainsi elle reconstruit l’évolution aboutissant aux génomes actuels.

La découverte que l’ADN des cellules squelettaires résiste parfois, dans certaines conditions géologiques et climatiques très rares, à la fossilisation et à la dégradation compléte a fait naître une nouvelle discipline étudiant l’évolution biologique: la paléogénétique. Son objectif est d’élargir les analyses de phylogénie moléculaire en apportant des données moléculaires provenant des témoins fossiles de l’évolution. L’analyse d’une séquence d’ADN provenant d’un échantillon fossile pouvant être daté avec des méthodes indépendantes, permettra un jour de reconstituer la chronologie d’un processus évolutif. Elle permettra aussi la confrontation des modèles proposés par la génétique moléculaire avec les données paléontologiques et vice versa. La paléogénétique a donc le potentiel de devenir un lien entre la paléontologie et l’évolution moléculaire. Par contre, les sévères problèmes techniques que l’analyse de l’ADN fossile, endommagé, fragmenté et présent en faible quantité dans les vestiges du passé, a dû rencontrer au cours de ces dernières dix années ont jusqu’à ce jour empêché des contributions importantes de cette discipline aux études évolutives.

Les ossements du gisement Paléolithique inférieur de Menez-Dregan I (Plouhinec, Finistére, France), trouvés dans une couche datée à environ 465 000 ans, sont conservés dans ou autour des foyers qui comptent parmi les plus anciens connus. Ces ossements, restes des repas d’H. erectus, ne sont pas déterminables par une approche paléontologique dû à leur taxonomie particulière. Ils sont alors soumis à une étude moléculaire. L’analyse paléogénétique a permis de mettre en évidence la persistance d’ADN, en quantité et en qualité suffisantes pour déterminer les taxons de quelques ossements (Artiodactyla et Perissodactyla) par l’hybridation moléculaire. Surtout, cette étude a prouvé que les méthodes d’extraction d’ADN à partir de fossiles, utilisées actuellement dans ce domaine, ne sont pas adaptées aux vieux fossiles. En effet, l’hybridation moléculaire a permis de mettre en évidence la présence de matériel génétique dans ces fossiles qui échappe à l’analyse via l’amplification enzymatique (PCR), car il est perdu au cours des étapes de purification absolument obligatoires pour la PCR. Ces ossements servent donc comme « système modèle » afin de trouver des nouvelles approches et méthodes d’extraction d’ADN et de mieux définir les facteurs responsables pour sa conservation dans les fossiles.

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Participants à la réunion n’effectuant pas de présentation orale

André Gilles

Structure et évolution de la région de contrôle chez les Cypriniformes (Teleostei, Ostariophysi): implications pour leurs relations phylogénétiques. André Gilles, Anne Miquelis,Jean-François Martin and Rémi Chappaz

UPRES Biodiversité 2202, Hydrobiologie,case 36, Université de Provence, Pl. V. Hugo, 13331 Marseille cedex 3, France.

Nous avons séquencé la région de contrôle en entier ainsi qu’une partie des gènes codant pour les ARNt-Phe et ARNt-Pro de 35 espèces de cypriniformes. La structure secondaire des différentes espèces a été comparée à deux espèces dont l’ADN mitochondrial avait été séquencé en entier: la carpe (C. carpio) et une loche (C. lacustre). L’alignement montre des zones très conservées qui correspondent aux zones CSB1,2 et 3 (conserved sequence blocks). Nous constatons aussi des zones de duplication chez certaines espèces qui n’ont pas d’interêt systématique majeur. Les études de saturation ne montrent aucun biais entre les différentes transitions et transversions, bien qu’un léger déséquilibre de composition soit démontré (déficit en guanine). La composition nucléotidique reste étonnamment stable entre les différentes espèces bien que les diverses régions ne soient pas homogènes. Les relations phylogénétiques entre les familles et les sous familles sont bien établies. D’autre part, le phénomène de radiation adaptative qui a été démontré chez les Leucicinae dans une étude précédante sur le cytochrome b et l’ADNr 16s est confirmé. En effet, que ce soit sur la région de contrôle dans son ensemble ou par l’analyse par « Total evidence » (CR + cytb +16s représentant 1800 bases), les noeuds intra et inter génériques chez les leucicinae restent irrésolus, confirmant une explosion des nombreuses espèces. Retour au sommaire Erick DesmaraisUPR 9060 – « Génome et Populations » Bat13 Physique Pl. E. Bataillon, Université Montpellier 2, 34095 Montpellier cedex 5
Introduction

Le maître mot de toutes les recherches que j’ai effectuées pourrait être le mot Polymorphisme. En effet, depuis le début de ma thèse, je n’ai fait que travailler soit pour révéler du polymorphisme à l’intérieur de populations naturelles ou d’élevage, soit pour développer de nouvelles stratégies permettant l’analyse de la variabilité existant à l’intérieur d’espèces encore peu étudiées.

Bien sûr ces polymorphismes sont le fruit de l’évolution biologique et représentent les différentes formes que peut prendre dans la nature une mÍme séquence d’acide nucléique.

Analyse de populations

J’ai d’abord commencé à travailler sur la mise en évidence de polymorphismes à l’intérieur de populations et d’espèces de souris sauvages. Un premier travail a été de caractériser l’existence de plusieurs types de séquences de l’ADN satellite mineur entre différentes espèces de souris [1]. Mais l’objet principal de ma thèse a été l’étude de la variabilité mitochondriale à l’intérieur d’une espèce de souris et sa mise en rapport avec un événement démographique majeur dû à la colonisation de la péninsule ibérique à partir de l’Afrique du Nord par cette espèce.[2]

Analyse d’épidémiologie génétique

J’ai ensuite participé pendant trois années à la mise en place des techniques permettant d’analyser de larges échantillons d’individus dans une étude internationale d’épidémiologie génétique sur l’infarctus du myocarde [3]. Mais dans ce cadre, j’ai moi-mÍme analysé plus précisément un locus minisatellite [4]) en mettant en évidence une relation entre la séquence primaire des motifs répétés et leurs nombres à l’intérieur des allèles.
Développement d’une nouvelle stratégie de détection de polymorphismes

Face à la demande croissante de marqueurs moléculaires pour le typage d’individus d’espèces « sauvage » peu étudiées, j’ai été amené à développer une stratégie permettant de détecter et caractériser très rapidement des variations de séquence nucléotidique (longueur ou mutations ponctuelles) entre individus de n’importe quelle espèce ([5]).

Ceci m’a permis de mettre en évidence l’existence d’un relativement grand nombre de mutations de type micro délétion/insertions, et ceci chez différentes espèces animales.

Perspectives

Après avoir caractérisé et m’être donné les moyens d’étudier le polymorphisme existant au sein d’une population, je me tourne maintenant vers l’origine même des variations : les mécanismes moléculaires qui peuvent produire et/ou causer ces modifications de l’information génétique. J’ai ainsi initié une étude fine de l’évolution d’un locus microsatellite à travers l’ensemble du genre Mus, et ceci en rapport avec la présence d’un SINE (en préparation) afin d’en tirer des enseignements sur les mécanismes intervenus au cours de l’évolution de cette région du génome murin.

1.Dod, B., et al., Concerted Evolution Of Light Satellite DNA In Genus Mus Implies Amplification and Homogenization Of Large Blocks Of Repeats. Molecular Biology and Evolution, 1989. 6(5): p. 478-491.

2.Desmarais, E., Phylogénies intraspécifiques et histoire évolutive des populations de souris Mus spretus Lataste : analyse des lignées matriarcales par séquenÁage nucléotidique de l’ADN mitochondrial., in Physiologie, Biologie des organismes et des Populations. 1989, Thèse de l’Université de Montpellier II Sciences et Techniques du Languedoc.

3.Desmarais, E., et al., Détection du polymorphisme dans l’ADN. Application en biologie et médecine diagnostique, épidémiologique et pronostique. Techniques en… 1995, Paris: Editions INSERM. 198.

4.Desmarais, E., et al., Variant Mapping Of the Apo(B) At Rich Minisatellite – Dependence On Nucleotide Sequence Of the Copy Number Variations – Instability Of the Non-Canonical Alleles. Nucleic Acids Research, 1993. 21(9): p. 2179-2184.

5.Desmarais, E., I. Lanneluc, and J. Lagnel, Direct amplification of length polymorphisms (DALP), or how to get and characterize new genetic markers in many species. Nucleic Acids Res, 1998. 26(6): p. 1458-65.