Program 3rd EBM
3ème Journée
« Evolution biologique »
Organisées par le Museum d’Histoire Naturelle de Marseille, l’Université de Provence (UPRES Biodiversité),l’INSERM (Unité 119, Cancérologie Expériementale).
Michèle Dufrenne, Pierre Pontarotti, Éric Faure, François Coulier.
10 juin matin
De 9:15 h à 10:45h
Origine de la vie et les causes de l’évolution
Origines de la vie : approches moléculaires et résultats récents.
Les concepts de sélection et d’adaptation prédarwiniennes.
Tinbergen revisité ou l’olfaction est elle une force majeure pour l’evolution des génomes.
De 10:45 h à 11h 05
Pause et mise en place des posters.
De 11h 05 à 12h35
Paléontologie et Paléobiochimie
La radiation des mammifères au CénozoïqueL’évolution des hominidés
Etude de l’ADN mitochondrial d’une population humaine de 12 000 ans
Le 10 juin Après-midi
14h10 à 16 h 10
Evolution moléculaire
Reconstruction phylogénétique à partir d’une distance partielle
L’évolution des gènes et de leur fonction sur le chromosome Y des mammifères.
Le profil d’expression et la longueur des gènes sont les principaux déterminants de l’usage des codons chez Caenorhabditis, Drosophila et Arabidopsis.
Evolution des isochores chez les vertébrés : cas du crocodile du Nil et de la tortue de Floride.
De 16 h 10 à 16h 30 : pause
De 16h 30 à 18h
Evolution moléculaire (suite)
Recherche et caractérisation de gènes à homéoboite chez Sycon raphanusComparative mapping between human chromosome 11 and mouse chromosome 19
Families of C. elegans tyrosine kinase receptors: evidence for continuing evolution of metazoan multigene families
18h : Pot d’honneur
le 11 juin matin
De 9h à 10h
Evolution moléculaire (suite)
Phylogenies of developmentally important proteins do not support the hypothesis of two rounds of genome duplication early in vertebrate historyThe MHC Big Bang /Cloning of The Amphioxus MHC Like Region Gene
10h à 11h
Séance poster
Table ronde Phylogénie, méthodes et limites
11h à 12h30
Evolution moléculaire (suite)
Impact du contexte génomique sur l’évolution des rétropseudogènes.
Dynamics of transposable elements under selection
Structure and expression of the variant MCH genes in Primates.
Le 11 juin Après-midi
14h à 15h30
Evolution des génomes et conservation des espèces.
Derivation of a simple microsatellite locus from a compound ancestor in the genus Mus.
Reproduction, dispersion et contre-sélection dans une zone d’hybridation: cas des barbeaux de la Lergue.
Apports des marqueurs microsatellitesRégimes alimentaires et phylogénie chez les poissons des récifs coralliens
15h30 à 16h30
séance poster
16h30 à 18h
Evolution des génomes et conservation des espèces (suite).
Identification moléculaire, évaluation des échanges et de la co-évolution des dinoflagelles symbiotiques des coraux du lagon de Arue à Tahiti.
Monophylie ou paraphylie des spongiaires : position phylogénétique des différentes lignées d’éponges.
Discussion générale.
Présentation des Posters
Marie-Christine Maurel
Origines de la vie : approches moléculaires et résultats récents.
Evolution biochimique et adaptabilité moléculaire, Institut Jacques Monod, Paris.
La plupart des théories sur les origines de la vie postulent l’existence d’une source d’approvisionnement en molécules organiques à partir desquelles un système biologique organisé a pu émerger. Puis sont décrites les conditions qui auraient permis la formation des polyméres à partir de petites molécules.
Finalement est présenté un scénario pour le développement à partir de polymères aléatoires, d’un système réplicateur capable d’évoluer par mutation et sélection naturelle.
Ces quarante dernières années nos connaissances se sont énormément étendues sur le moyen de synthétiser des composés organiques dans des conditions primitives.
Nous possédons maintenant des résultats expérimentaux montrant que de telles synthèses peuvent se produire dans les météorites, dans les nuages de poussières interstellaires, au fond des océans et sur la Terre primitive.
Avec ces nouvelles connaissances une nouvelle controverse émerge. Les composés organiques ont-ils été formés sur Terre ou ont-ils été apportés par des météorites? Les sources chaudes sous-marines ont-elles contribué à l’apport en matière organique indispensable à la vie? Il est encore trop tôt pour répondre, mais la source de molécules organiques ne constitue plus réellement un grand mystère.
Nous ferons le point sur les résultats les plus récents.
Enfin, un nouveau concept est apparu il y a quelques années, celui du « monde de l’ARN ».
Des ARN primitifs capables de transmettre une information génétique auraient-ils pu assurer toutes les réactions nécessaires à la survie des premiers organismes?
Les progrès récents des méthodes de sélection in vitro permettent l’exploration d’une vaste combinatoire de séquences et la création de nouveaux acides nucléiques, des aptamères, possédant des propriétés de reconnaissance et/ou des propriétés catalytiques. Leur production en grande quantité en font des molécules intéressantes tant sur le plan thérapeutique que sur le plan fondamental. Elle permet de mimer in vitro des processus évolutifs, de suivre l’émergence de molécules qui n’ont pas encore été produites par la nature ou bien la résurgence de molécules précurseurs qui ont fortement divergé ou qui ont disparu naturellement.
Bernard Brun(1) et Marie-Christine Maurel(2)
Les concepts de sélection et d’adaptation prédarwiniennes.
1Université de Provence, Marseille.
2Evolution biochimique et adaptabilité moléculaire, Institut Jacques Monod, Paris.
La logique d’une représentation populationnelle de l’origine de la vie conduit à essayer de caractériser les concepts de sélection et d’adaptation dans une phase évolutive où les concepts de la génétique des population ne s’appliquent pas pleinement. Nous proposons l’hypothèse de populations mixtes composées simultanément d’êtres néoformés et d’êtres issus d’une reproduction par bipartition, mais dont les lignées n’auraient eu qu’une brève durée de vie moyenne.
La sélection prédarwinienne aurait porté notamment sur les capacités de capture des molécules organiques présentes dans le milieu et sur le nombre moyen de générations d’une lignée avant extinction. Elle aurait conduit progressivement à une augmentation du pourcentage d’êtres issus d’une filiation au détriment d’êtres néoformés.
Pierre Pontarotti
Tinbergen revisité ou l’olfaction est elle une force majeure pour l’évolution des génomes. Unité INSERM 119. Marseille.
Voir « The olfactory receptor gene cluster in the major histocompatibility …. »
Jean-Louis Hartenberger
Paléontologie et Paléobiochimie
La radiation des mammifères au Cénozoïque
Institut de l’Evolution, Place Eugène Bataillon, Montpellier
Alors que les plus anciens Mammifères sont apparus voici 200 millions d’années, le début du Cénozoïque (-65 ma) est marqué par une forte augmentation de leur diversité au plan ordinal et familial. Géographie des continents et fluctuations climatiques influent fortement sur le mode de cette radiation qui voit le surgissement de la plupart des ordres modernes de Mammifères à la limite Paléocène-Eocène (-55 ma). Le mode de diversification de l’ordre des Rongeurs correspond lui aussi à une radiation adaptative: en quelques millions d’années, ses principaux clades sont identifiés, et à la fin de l’Eocène on y reconnaît plus de vingt familles.
François Marchal
L’évolution des hominidés
Laboratoire d’anthropologie, Hôpital Nord, Marseille.
Les deux dernières décennies du siècle ont vu le visage de la paléontologie humaine se modifier considérablement pour deux raisons principales. Tout d’abord, les travaux de terrain ont livré des fossiles toujours plus nombreux. Ensuite, l’introduction de nouvelles techniques d’analyse (par exemple, morphométrie tridimensionnelle ou analyse cladistique) a renouvelé l’approche de l’étude de notre origine. Pourtant, malgré ces apports (ou bien plus probablement à cause d’eux), les nouvelles espèces « foisonnent », aucun débat n’a véritablement été résolu en un large consensus et au contraire de nouvelles questions ont été soulevées. La rareté et la qualité de préservation des fossiles , la difficulté du diagnostic de certains caractères et de leur interprétation, l’influence des méthodes d’analyse et le cortège de présupposés inévitables, inhérents au fait que la paléontologie humaine est une science faite par des hommes, expliquent une situation un peu particulière au regard de la plupart des autres disciplines scientifiques.
En utilisant l’exemple du bassin, nous évoquerons la question de l’origine et de l’évolution des premiers hominidés, les australopithèques, question intimement liée à celle de leur locomotion. L’origine du genre Homo est un autre point particulièrement débattu actuellement qui sera abordé. Enfin, l’épineuse question de l’origine de l’homme moderne, indissociable de celle concernant la position phylogénétique des néandertaliens, sera aussi illustrée par une discussion sur leur morphologie pelvienne.
Stevanovitch Alain et Eliane Beraud Colomb
Etude de l’ADN mitochondrial d’une population humaine de 12 000 ans
IGS – UMR 1889, Marseille.
L’ADN mitochondrial (mt DNA) est un marqueur classiquement utilisé lors des études de génétique des populations. A l’aide de cet outil, nous nous proposons d’étudier la population de Taforalt et d’en déterminer la place dans les migrations des populations du pourtour méditerranéen. Cette population humaine, retrouvée sur le site archéologique de Taforalt (Maroc), est vieille de 12 000 ans.
Nous avons établi un protocole d’extraction à partir d’os et obtenu de l’ADN pour 13 des 14 échantillons étudiés. Cet ADN est amplifié par PCR et nested-PCR pour la zone HV1 de la D-loop mitochondriale.
Les séquences montrent que tous les sujets de cette étude appartiennent au super-haplogroupe R et sont d’haplogroupe H ou U. Donc, cette population marocaine de type Mechta-Afalou présente des haplogroupes de type européen. Nous démontrons ainsi une origine commune de cette population nord-africaine avec les autres populations du pourtour méditerranéen.
Nous constatons que cette population est beaucoup plus homogène que la population berbère actuelle. Ceci peut suggérer une origine fondatrice possible de la population de Taforalt pour la population berbère actuelle. Nous prouvons également ici que les admixtures africaines observés dans la population berbère actuelle sont survenue il y moins de 12 000 ans.
Alain Guénoche
Evolution moléculaireReconstruction phylogénétique à partir d’une distance partielle
LIM – CNRS, 163 Av. de Luminy, 13009 Marseille.
En classification on s’intéresse à la représentation d’une distance D sur un ensemble X par un arbre dont X est l’ensemble des feuilles, les arêtes sont valuées, et la longueur des chemins entre feuilles approxime la distance D (Barthélemy, Guénoche, 1988). Les n?oeuds (ou sommets internes) correspondent à des ancêtres communs. Il est bien connu que cette représentation est exacte si D est une distance d’arbre, c’est à dire qu’elle vérifie la condition des quatre points (Buneman, 1971) : Pour tout x, y, z, tD(x,y)+D(z,t) ? max{ D(x,z) + D(y,t) , D(x,t) + D(y,z) }.
En d’autres termes, parmi les trois sommes D(x,y) + D(z,t), D(x,z) + D(y,t), D(x,t) + D(y,z), les deux plus grandes sont égales.
Souvent on dispose de séquences incomplètes et on a des valeurs de distances indéterminées (ou peu fiables). D est alors une distance partielle à partir de laquelle on souhaite reconstruire l’arbre. Classiquement, on complète le tableau au moyen de procédures basées sur le modèle arboré (Lapointe et Kirsch, 1995).
Conformément à la condition des quatre points, si D(z,t) est indéterminée, pour toute paire x,y qui permette d’évaluer deux des trois sommes, il suffit d’observer si elles sont égales. Si oui on ne peut rien dire de D(z,t) ; sinon D(x,y) + D(z,t) est égale à la plus grande des deux sommes, notée Smax, et l’on a D(z,t) = Smax – D(x,y). Dans le cas où z et t sont deux feuilles adjacentes au même noeud, aucune paire x,y ne rend les deux sommes différentes et D(z,t) ne peut être évaluée. De plus, dans le cas d…
Dans cet exposé nous montrerons comment contourner ces difficultés et nous présenterons une méthode d’évaluation des valeurs manquantes nettement plus efficace que la précédente. Ces deux approches sont analysées et comparées dans le cadre d’un processus de simulation. On commence par calculer des distances d’arbres bruitées. En considérant un pourcentage croissant de valeurs comme inconnues, on compare l’aptitude des méthodes à retrouver les arbres initiaux.
Barthélemy J.P., Guénoche A., 1988. Les arbres et les représentations des proximités. Collection « Méthodes et Programmes », Masson Ed., Paris, 240 p. Buneman P., 1971. The recovery of trees from measures of dissimilarity, inMathematics in Archeological and Historical Sciences. F.H. Hodson, D.G. Kendall et P. Tautu Eds., Edimburg University Press, 387-395.Lapointe F.J., Kirsch J.A.W., 1995. Estimating phylogenies from lacunose distances matrices, with special reference to DNA hybridization data, Mol. Biol. Evol., 12, 266-284.
Michael J. Mitchell, Noemie Saut et Sophie Mazeyrat
L’évolution des gènes et de leur fonction sur le chromosome Y des mammifères.
LGPD Marseille.
Le chromosome Y est unique parmi les chromosomes des mammifères parce qu’il n’est présent que dans le sexe mâle et qu’il ne recombine pas sur la plupart de sa longueur. L’évolution du chromosome Y se caractérise par deux grandes tendances qui sont respectivement des pertes et des ajouts de matériel génétique. D’une part il est vu comme le partenaire dégénéré du chromosome X auquel auparavant il était identique, de l’autre comme attracteur d’éléments génétiques « égoïstes », acteurs de conflits génomiques liés à l’antagonisme entre les sexes. En effet les gènes décrits à ce jour reflètent bien ces idées puisqu’ils sont de deux types: soit homologues à un gène sur le chromosome X, soit spécifiques du chromosome Y et dans ce cas leur transcription est toujours limitée aux testicules. Par l’étude comparative des gènes isolés du chromosome Y murin nous essayons de définir au niveau moléculaire l’évolution particulière du contenu génétique de ce chromosome. Nous avons pu montrer que même des gènes conservés depuis 80 million d’années perdent leur fonction sur le chromosome Y, et que les deux types de gènes peuvent représentent des stades différents d’un processus d’évolution commun.
Laurent Duret et Dominique Mouchiroud
Le profil d’expression et la longueur des gènes sont les principaux déterminants de l’usage des codons chez Caenorhabditis, Drosophila et Arabidopsis.
Laboratoire de Biométrie, Génétique et Biologie des Populations UMR CNRS 5558, Université Claude Bernard – Lyon 1, 43 Bd du 11 Novembre 1918, 69622 Villeurbanne Cedex.
Nous avons mesuré les profils d’expression et analysé l’usage des codons synonymes dans 8133, 1550 et 2917 gènes respectivement de Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, et Arabidopsis thaliana. Dans ces trois espèces nous avons observé une forte corrélation entre biais d’usage des codons et niveau d’expression des gênes, et nous avons montré que cette correlation n’est pas due a un biais mutationel. Ce résultat est donc une demonstration directe de l’existence d’une pression de sélection sur l’usage des codons chez ces trois eucaryotes pluricellulaires. Etonnamment, il existe également une forte corrélation négative entre bias d’usage des codons et longueur des gènes. Cet effet n’est pas du a une réduction de la taille des protéines fortement exprimées. Ainsi, pour un même niveau d’expression, la pression de sélection sur l’usage des codons apparaît moins forte dans un gène codant pour une protéine longue que pour une courte. Cette observation surprenante n’est expliquée par aucun des modèles de sélection sur l’usage des codons. Comment l’usage des codons (et donc l’efficacité de la traduction) affecte la fitness chez des organismes pluricellulaires reste donc une question sans réponse
Duret L., Mouchiroud D. 1999. Gene expression pattern and, surprisingly, protein length are the prime determinants of selection on codon usage in Caenorhabditis, Drosophila, and Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (sous presse).
Sandrine Hughes et Dominique Mouchiroud
Evolution des isochores chez les vertébrés : cas du crocodile du Nil et de la tortue de Floride.
Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive – UMR CNRS 5558 Université Claude Bernard – Lyon 1, 43Bd du 11 Novembre 1918, 69622 Villeurbanne Cedex.
Depuis la mise en évidence il y a 20 ans d’une structure compartimentée en bases (isochores) dans des génomes de Vertébrés, l’évolution et l’origine de cette structure particulière reste encore âprement discutée. Les analyses génomiques puis géniques réalisées chez certains vertébrés ont en effet montré des différences de structure compositionnelle entre groupes de Vertébrés. La plus importante, qualifiée de major-shift (Bernardi et al., 1988), se traduit par un enrichissement en GC d’une partie des génome
L’hypothèse sélectionniste d’un lien avec l’acquisition de l’homéothermie a notamment été mise en avant proposant que l’enrichissement en GC permettrait de protéger les molécules nucléiques soumises à des températures corporelles plus élevées (Bernardi et Bernardi, 1990). Toutefois, les données géniques sur les reptiles à sang froid (serpents, lézards, crocodiles et tortues) permettant de tester potentiellement cette hypothèse étaient absentes des banques de données.
Nous avons donc choisi de sélectionner certains gènes marqueurs du changement de structure chez le poulet et l’homme, connus également chez un amphibien, pour les séquencer chez le crocodile du Nil et la tortue de Floride. Contrairement aux résultats attendus sous l’hypothèse énoncée, la composition en bases des gènes chez ces deux espèces s’est révélée plus proche de celle de leurs gènes orthologues chez les oiseaux et les mammifères que de celle des orthologues chez l’amphibien. L’enrichissement en GC ob…
Bernardi G., Mouchiroud D., Gautier C. and Bernardi G., 1988. Compositional patterns in vertebrate genomes: conservation and change in evolution. J. Mol. Evol. 28: 7-18. Bernardi G. and Bernardi G., 1990. Compositional transitions in the nuclear genomes of cold-blooded vertebrates. J. Mol. Evol. 31: 282-293.
Michael Manuel
Recherche et caractérisation de gènes à homéoboite chez Sycon raphanus
Centre d’océanologie de Marseille Station marine d’Endoume, UMR DIMAR, rue de la Batterie des Lions13007-Marseille –
Diverses familles de gènes à homéoboîte ont été recherchés par PCR en utilisant des oligonucléotides dégénérés, sur des ADNc, en partant d’éponges adultes contenant des embryons, choisies de telle manière que les différents stades du développement soit représentés. En effet le développement des embryons est synchrone dans un individu adulte donné. Nous avons pu caractériser jusqu’ici huit gènes à homéoboîte présentant de fortes similitudes de séquence avec des gènes contrôlant le développement chez les Triploblastes. Cinq de ces gènes font partie de la classe NK-2, très diversifiée chez les Vertébrés et chez la Drosophile (tinman et bagpipe sont des représentants de cette classe). Ces résultats mettent en évidence une diversification ancienne de la famille NK-2 puisque les 5 gènes trouvés chez Sycon raphanus se répartissent au sein de deux groupes de paralogie comportant des homologues triploblastiques. Ces gènes sont particulièrement intéressants à étudier chez les Eponges dans la mesure où ils interviennent dans le contrôle de la polarité et de la régionalisation chez les Eumétazoaires. Chez les Triploblastiques, les gènes de la famille NK-2 s’expriment de manière prédominante dans des territoires mésodermiques, et d’une manière plus limitée dans l’endoderme. Chez l’Hydre, un homologue NK-2 s’exprime uniquement dans l’endoderme de la partie basale et joue un rôle dans la différenciation du pied. Ce résultat est en accord avec l’origine évolutive du mésoderme à partir de l’endoderme. L’étude de l’expression des homologues de la classe NK-2 chez Sycon raphanus pourrait donner des indications sur l’homologie des feuillets entre les Eponges et les autres Métazoaires, question vivement débattue parmi les zoologistes depuis que Haeckel a proposé en 1870 une homologie entre le corps des Eponges Calcaires homocoeles (asconoïdes) et le polype des Cnidaires, et leurs feuillets respectifs, interne et externe. Les trois autres gènes à homéoboîte que nous avons pu caractériser présentent également un grand intérêt potentiel du point de vue de la problématique de l’origine des plans d’organisation et en particulier de la polarité. Il s’agit de trois gènes voisins entre eux et présentant une certaine ressemblance avec les gènes de la classe Antennapedia, même si pour l’instant les séquences dont nous disposons sont trop courtes pour en tirer une caractérisation très précise. Les séquences complètes de tous ces gènes devraient être facilement obtenues par hybridation de sondes radioactives sur une banque d’ADNc (qui nous a été fournie par le Pr W.E.G. Müller). Nous avons par ailleurs commencé à étudier l’expression de ces gènes par RT-PCR semi-quantitative à partir d’ARN extraits de partie basale et de partie apicale d’adultes sans embryons, ainsi que de parties basales d’adultes contenant des embryons à différents stades. Le caractère synchrone du développement des embryons dans un individu adulte donné rend possible ce type d’approche. D’autre part, nous nous apprêtons à rechercher la localisation tissulaire de l’expression de ces gènes par hybridation in situ chez l’adulte et les embryons. Les hybridations seront réalisées à la fois sur individus entiers (« whole mount ») et sur coupes histologiques. Nous espérons tirer de ces travaux des informations précieuses sur les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les processus de développement chez les plus anciens des Métazoaires. Comparative mapping between human chromosome 11 and mouse chromosome 19 Georges Carle
Instabilité et Altération des Génomes LEGM – UMR6549 CNRS/UNSA Faculté de Médecine 28, Avenue de Valombrose 06107 NICE CEDEX 2
Georges Carle
Comparative mapping between human chromosome 11 and mouse chromosome 19
Instabilité et Altération des Génomes LEGM – UMR6549 CNRS/UNSA Faculté de Médecine 28, Avenue de Valombrose 06107 NICE CEDEX 2
Cornel Popovici, Régine Roubin, François Coulier, Pierre Pontarotti et Daniel Birnbaum
Families of C. elegans tyrosine kinase receptors: evidence for continuing evolution of metazoan multigene families
INSERM U.119, 27 Bd. Leï Roure, 13009 Marseille, France.
La séquence complète du génome de C. elegans est à present disponible. Elle a permis de prédire (grâce au logiciel Genefinder) l’existence de nouveaux gènes dont ceux codants pour d’éventuels récepteurs à tyrosine kinase (RTK) ainsi que d’une très grande famille de gènes codant pour des protéines apparentées aux chitinases.
L’analyse phylogénétique des 30 gènes codant pour des RTK, réalisée à partir de la séquence des domaines tyrosine kinase, nous a permis de les classer en trois groupes.
Un premier groupe rassemble les 7 gènes codant pour des RTK orthologues prouvés ou supposés des différentes classes de RTK décrites chez les mammifères (daf-2, egl-15, F11D5.3, F11E6.8, kin-8, let-23 et vab-1).
Le deuxième groupe est formé par 23 gènes codant pour des protéines supposées qui n’ont pas de relation d’orthologie avec une des classes de RTK de mammifères. Dans ce groupe deux branches peuvent être individualisées. Une première branche, contenant 15 protéines, est formée par deux famille de RTK: une famille codant pour des protéines contenant une grande région extracellulaire, composée par des domaines de type immunoglobuline (F59F3.1, F59F3.5, T17A3.1 et T17A3.8) et une famille codant pour des protéines avec une région extracellulaire courte, de 30 à 80 acides aminés (C08H9.5, C08H9.8, kin-15, kin-16, M01B2.1, R09D1.12, R09D1.13, T01G5.1, W04G5.6A, W04G5.6B et ZK938.5). Une deuxième branche est formée par quatre protéines très hétérogènes du point de vue de l’organisation de la région extracellulaire (C24G6.2A, F08F1.1, F09A5.2, F09G2.1). Les quatre autres prédictions (C16D9.2, R151.4, T10H9.2, T14E8.1) ne forment pas un groupe monophylétique.
Parmi les gènes codant pour des RTK avec une courte région extracellulaire, sept sont localisés sur le chromosome II, dans deux clusters séparés par une région d’environ 0,5 Mb. Cette région contient 2,5 kb de séquences répétées. Dans ces deux clusters sont localisés aussi 23 gènes codant pour des protéines présentant des similitudes avec les chitinases. L’analyse phylogénétique des chitinases de C. elegans a montré l’existence de deux grands groupes monophylétiques correspondant aux deux clusters situés sur le chromosome II.
L’analyse de ces deux clusters de gènes laisse supposer un mécanisme commun d’évolution des RTK et des chitinases dans cette région du génome, représenté par des cis duplications répétitives. La présence d’une grande région d’ADN avec une faible complexité pourrait être responsable de l’apparition des recombinaisons inégales à l’origine de ces amplifications géniques.
Austin L. Hughes
Phylogenies of developmentally important proteins do not support the hypothesis of two rounds of genome duplication early in vertebrate history
Department of Biology208 Mueller Laboratory The Pennsylvania State UniversityUniversity Park PA 16802, USA.
It is widely believed that two rounds of genome duplication (polyploidization) occurred early in vertebrate history (the 2R hypothesis), but this idea has not been tested rigorously. The fact that certain families of developmentally important genes include four members in vertebrates but only one in Drosophila has bee adduced as evidence for the 2R hypothesis, but such a pattern only supports the hypothesis if (1) the four vertebrate genes can be shown to have diverged after the origin of vertebrates; and (2) the phylogeny of thefor vertebrate genes (A-D) has a topology of the form (AB) (CD) rather than (A) (BCD).
I constucted phylogenies for nine protein families important in development. Only one showed a topology of the form (AB)(CD), and that received weak statistical support. In contrast, four phylogenies showed topologies of the form (A) (BCD) with statistically significant support. Furthermore, in two cases there was significant support for duplication of the the vertebrate genes prior to the divergence of deuterostomes and protostomes: in one case there was significant support for duplication of the vertebrate genes at least prior to the divergence of vertebrates and urochordates, and in one case there was weak support for duplication of the vertebrate genes prior to the divergence of deuterostomes and protostomes. Taken together with other recently published phylogenies of developmentally important genes, these results provide strong evidence against the 2R hypothesis.
L Abi-Rached et P. Pontarotti
The MHC Big Bang /Cloning of The Amphioxus MHC Like Region Gene
U119 Marseille.
The human Major Histocompatibility Complex (MHC) shares similarities with three other chromosome regions in human. This could be the vestige of ancestral large scale duplications (Kasahara et al, 1996, 1997, Katsanis et al, 1996). We further tested the hypothesis of large scale duplications during the vertebrate evolution of an putative ancestral MHC region. We began with the MHC region for which detailed information is available and each MHC gene was then used to search for paralogs. Paralogous genes were also sought in non-human species placed all over the tree of life. The human genes were mapped, using OMIM1 and UniGene2. As already described by Kasahara and collegues most of the paralogous genes mapped to chromosomes 19p13.1, 1q21-q25 and 9q33- 9q34; we have now found several other genes. Such genes found in the four chromosomal regions will be called tetralogs (Spring 1997) . We have also performed phylogenetic analysis that showed an in-block duplication (Abi Rached 1999) . From our data, these duplications occurred before the bony vertebrate radiation and after the deuterostome radiation. In order to calculate more precisely the time of duplication we have cloned homologues to the tetralog genes in amphioxus, and shows that these genes are orthologous to each serial of tetralog. This Shows that the large duplication occurred after the separation of cephalochordates and vertebrates.
Furthermore we show that apart from the tetralog genes that are present in single copy within the MHC most of the other genes have resulted from gene cis-duplication and exon shuffling. (More than hundred genes seems to be derived from 6 ancestral modules-exons).
We discuss here the possibility that after the two rounds of tetraploidization one of the quadruplicate regions, relaxed of functional constraints, gave rise to the vertebrate MHC by a quick round of gene cis-duplication and cis-exon shuffling. These different rounds of cis duplications and exon shufflings allowed the emergence of new genes participating in novel biological functions i.e. adaptive immune responses.
Abi Rached et al,1999. Immunological Review. 167 : 33-45. Kasahara M. et al., 1996.Proc Natl Acad Sci U S A , 93 : 9096-101.Katsanis N. et al., 1996.Genomics. 35:101-8.Spring J., 1997. FEBS Lett, 400 : 2-8.1
Gonçalves I. et Mouchiroud D.
Impact du contexte génomique sur l’évolution des rétropseudogènes.
Laboratoire de Biométrie, Génétique et Biologie des Populations, CNRS UMR 5558, Université Claude Bernard Lyon I, 69622Villeurbanne Cedex.
Les génomes de mammifères se caractérisent par une très forte hétérogénéité compositionnelle (structure en isochores), hormis les génomes de murinés (rat, souris) beaucoup plus homogènes (Mouchiroud et al., 1988). Cette structuration en bases G+C conditionne l’organisation et la structure de l’information génétique. Afin de déterminer dans quelle mesure les processus mutationnels (fréquence et nature des mutations) ont participé à la mise en place des différences structurales intra et inter génomiques, nous avons étudié l’évolution de séquences non contraintes, les rétropseudogènes. En effet, les rétropseudogènes sont issus de la reverse transcription d’un ARNm et de l’insertion de l’ADNc obtenu dans une région différente de celle où se situe la copie fonctionnelle. Ils sont donc inactifs dès leur insertion dans le génome.
Nos travaux ont montré que l’insertion des rétropseudogènes n’est pas aléatoire dans le génome, mais au contraire semble être isopycnique (isopycnique fait référence a l’homogénéité de composition en bases entre la séquence insérée et le site d’insertion), comme l’insertion de séquences rétrovirales dans les génomes mammaliens (Rynditch et al., 1998). D’après le « pattern » de substitutions, les rétropseudogènes présentent un biais mutationnel vers les bases A+T, enrichissement déjà observé par Gojobori et al. (1982). De plus, nous montrons que les autres processus mutationnels (délétions et insertions) participent également à cet appauvrissement en G+C ainsi qu’à la diminution de taille des rétropseudogènes. L’importance relative des délétions ainsi que le biais des substitutions vers A+T sont supérieurs chez les rongeurs ce qui tend à montrer que le taux de G+C et la taille des rétropseudogènes doivent diminuer plus rapidement chez ces espèces. Ceci est sans doute en relation avec le fait que les génomes du rat et de la souris évoluent 2 à 4 fois plus vite, en termes de taux de substitution, que les génomes mammaliens (Wu et Li, 1985; Li et al., 1996).
Gojobori T., Li W.H. et Graur D., 1982. Patterns of nucleotide substitution in pseudogenes and functional genes. J Mol Evol 18 : 360-369. Li W.H, Ellsworth D.L., Krushkal J., Chang B.H.J. et Hewett-Emmett D. 1996. Rates of nucleotide substitution in primates and rodents and the generation-time effect hypothesis. Mol. Phyl. Evol., 5 : 182-187.Mouchiroud D., Gautier C. et Bernardi G. 1988 The compositionnal distribution of coding sequences and DNA molecules in humans and murids. J Mol Evol, 27 : 311-320.Rynditch A.V., Zoubak S., Tsyba L., Tryapitsina-Guley N. et Bernardi G. 1998. The regional integration of retroviral sequences into the mosaic genomes of mammals. Gene 222 : 1-16.Wu C.I. et Li W.H., 1985. Evidence for higher rates of nucleotides substitution in rodents than in man. Proc Natl Acad Sci USA, 82 : 1741-1745.
A. Tsitrone1, S. Bajard22 and C. Biémont2
Dynamics of transposable elements under selection
1CEFE-CNRS, 1919 route de Mende, 34293 MONTPELLIER Cedex 5, France.
2Laboratoire de Biométrie, Génétique, Biologie des populations, 69 622 Villeurbanne Cedex, France
Natural selection appears to be a major force containing the spread of transposable elements (TEs) that is expected from their transposition ability in Drosophila. However, the precise mechanisms underlying the action of selection is still a matter of debate. The « ectopic exchange model » (Langley et al., 1988) proposes that selection acts against chromosomal rearrangements caused by unequal recombinaison between TE copies, whereas other « selection models » (Charlesworth and Charlesworth, 1983) invoke slightly deleterious effects of TE insertions as a cause of reduction of host fitness. We here further explore how selection against the deleterious effects of TE insertions can counterbalance the increase in TE copy number due to transposition. A new analytical formulation of the selection model is proposed, depending on the transposition and excision rates, the number of possible insertion sites, the coefficients of selection and of dominance against a TE insertion. Under the usual infinite host population assumption, we search for situations (set of parameters) under which a biologically realistic equilibrium mean copy number per individual can be obtained. We determine how fast this equilibrium can be achieved. Finally, diffusion approximations are used to investigate the impact of finite host population size on the equilibrium copy number. (i) A stable equilibrium copy number can be achieved when selection is weak and TE insertions are partially recessive. (ii) A large number of generations is required to reach an equilibrium when selection is weak. A population which has been recently invaded by a TE will therefore maintain an « out of equilibrium » state for many generations. (iii) If the host population size becomes lower than the reciprocal of the selection coefficient, the equilibrium copy number is higher than the values obtained under the infinite population model.
Charlesworth B. and Charlesworth D., 1983. The population dynamics of transposable elements. Genetical Research, 42, 1-27.
Langley C. H., Montgomery E. A., Hudson R., Kaplan N. and Charlesworth B. (1988). On the role of unequal exchange in the containment of transposable element copy number. Genetical Research, 52, 223-235.
J.L. Nahon(a), A. Viale(a), A. Courseaux(a), F. Richard(b), C. Ortola(a), P. Vernier(c), F. Presse(a) and B. Dutrillaux(b)
Structure and expression of the variant MCH genes in Primates.
(a)IPMC/CNRS, Sophia-Antipolis, 06560 Valbonne, France
(b)Institut Curie, CNRS UMR147, 75248 Paris Cedex 05, France
(c)Institut A. Fessard, CNRS UPR2212, 91198 Gif-surYvette, France
The initial genetic events associated with the emergence of new functionsduring Primate evolution remain largely debated. The so-called « potogenes »may represent a « reservoir » of modular elements which may be reactivated andled to a functional phenotype completely different from this of the originalfounder gene (Brosius and Gould, 1992). PMCHL1 and PMCHL2 are two copies, respectively on humanchromosome 5p14 and 5q13, of the variant melanin-concentrating hormone (MCH)gene, a 5′ end truncated version of the PMCH gene mapped on chromosome 12q23.
Both variant MCH genes emerged recently during Primate evolution by a combinationof translocation, duplication and truncation events occurring sequentially in theHominoidea lineage (Viale et al., 1998). The questions of the regulation and putative functions ofthese genes in Primates are central issues we examined here. We established firstthe structure and fine chromosomal mapping of the variant MCH genes on human chromosome 5 and revealed several point mutations and the presence of CA/TA repeatsthat allowed to discriminate between both copies. Using a combination of RACE-PCR, RT-PCR and sequencing analysis we provide strong evidences for the expression of PMCHL1 but not PMCHL2 gene in the human fetal, new-born or adult brain. Sense potentially coding RNAs as well as non-coding antisense RNAs were identified andthey displayed a region-specific expression in the developing human brain. Strikingly, sense unspliced RNAs of the PMCHL1 gene comprised a novel open reading frame and they were found actually translated in a coupled transcription/translation assay, after transfection of tagged-variant protein vectors in COS cells and in thefetal and adult human brains. Therefore, the variant MCH genes provide a unique exampleof a de novo creation of a gene family in the Primate lineage with a differentialexpression in the human brain, one gene copy encoding putative novel nucleus-targetted proteins.
Brosius and Gould, 1992 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 10706.
Viale et al., 1998 Mol. Biol. Evol. 15, 196.
E. Desmarais
Derivation of a simple microsatellite locus from a compound ancestor in the genus Mus.
Laboratoire Génome et Populations et Interactions, CNRS-Université Montpellier II.
Many microsatellite loci contain more than a single repeat motif. These compound microsatellites are perhaps most explained as arising from simple ancestors. We have uncovered a contrary example in mice of the genus Mus. Sequence analysis of the locus D1MIT29 in most of the members of the genus Mus reveals that this locus is compound in all species except M. musculus, in which it is simple. Moreover, phylogenetic analyses of base substitutions in the non-repetitive flanking region give trees which are consistent with the previously accepted phylogenetic hypothesis that M. musculus is nested within the sub-genus Mus. This confirms that the history of this locus is similar to that of molecular markers previously used in phylogenetic studies of this group and therefore demonstrates that the simple state in this lineage is derived from a compound ancestor. We also demonstrate the utility of this type of nuclear sequence variation for phylogeographic studies in the genus Mus. Finally, our sequences reveal homoplasy for size, reemphasizing the danger of using microsatellite size variation alone when the individuals under study are not closely related.
Chenuil A. et Berrebi P.
Reproduction, dispersion et contre-sélection dans une zone d’hybridation: cas des barbeaux de la Lergue. Apports des marqueurs microsatellites
CNRS, UPR 9060cc 063 Université Montpellier II
La zone d’hybridation entre B. meridionalis et B. barbus est étudiée depuis plus de dix ans (parasitologie, écologie, éthologie mais surtout génétique). Les différences écologiques sont importantes entre les deux espèces qui s’hybrident. Cependant, l’étroitesse de cette zone par rapport au potentiel migratoire de ces poissons, ainsi que l’importance des déséquilibres de liaison observés (allozymes) suggèrent fortement qu’il s’agit d’une zone de tension, maintenue par un équilibre entre dispersion et contre-sélection des hybrides. Il est donc important de caractériser les mouvements des poissons (dispersion), leur survie, ainsi que la façon dont la reproduction a lieu (panmixie ou homogamie). Nous avons utilisé des marqueurs micro-satellites et obtenu les résultats suivants:
Migration: En étudiant onze échantilons pris à des dates différentes, on montre que le taux d’introgression varie très significativement avec la date, et qu’il est corrélé avec le débit journalier de la rivière, mais non saisonnier. L’hypothèse d’une dévalaison des adultes lors des crues est la meilleure pour rendre compte de cette observation, et est étayée par les données de capture-recapture.
Reproduction : L’étude génétique de deux périodes de frai (1994 et 1995). En 1994, nous avons comparé les échantillons prélevés à différents
moments du frai (environ étendu sur une semaine) : l’existence de Fst significatifs entre dates très proches mais différentes sur un même lieu implique que les individus présents sur le site de frai se reproduisent entre apparentés, les différents groupes se succédant. En 1995, les données génétiques suggèrent que les individus présents sur le site de frai proviennent d’autre sites, adjacents probablement.
Sélection : Une nette différence génétique entre les mâles et les femelles de la ZH est mise en évidence, et suggère fortement l’existence de sélection différentielle selon les sexes (loi de Haldane), l’hypothèse d’une migration différentielle pouvant être rejetée.
Mireille Harmelin-Vivien
Régimes alimentaires et phylogénie chez les poissons des récifs coralliens
Centre d’océanologie de Marseille CNRS UMR 6540 Station marine d’Endoume rue de la Batterie des Lions 13007-Marseille.
L’augmentation de la richesse spécifique des hautes vers les basses latitudes est un phénomène bien connu chez de nombreux groupes d’organismes. La comparaison des structures trophiques des ichtyofaunes des récifs coralliens et des zones tempérées révèle une augmentation relative particulièrement forte des herbivores et des brouteurs d’invertébrés sessiles sous les tropiques. Ces régimes alimentaires sont apparus tardivement au cours de l’évolution des poissons, chez des Perciformes évolués et les Tétraodontiformes. Au sein d’une même famille, l’utilisation de ces ressources alimentaires particulières (algues et invertébrés sessiles) devient majoritaire, voire exclusive, chez les espèces qui présentent les caractères morphologiques les plus plésiomorphes. L’évolution des régimes alimentaires au sein des Chaetodontidae, des Scaridae et des Acanthuridae illustre ce phénomène.
L’utilisation plus forte sous les tropiques de ressources alimentaires de faible valeur nutritive est discutée à la lumière des résultats récents concernant les relationsphylogénétiques des poissons récifaux et l’évolution géologique des récifs coralliens.
H. T. Darius et C. Dauga
Identification moléculaire, évaluation des échanges et de la co-évolution des dinoflagelles symbiotiques des coraux du lagon de Arue à Tahiti.
Observatoire Océanologique Européen, Centre Scientifique de Monaco, Avenue Saint Martin, 98 000 MC Monaco, Tel.: + 377 93 15 36
Unité des Entérobacteries, Unité INSERM 389, Institut Pasteur, 28 rue du Docteur Roux, 75724 Paris Cedex 15, France, Tel.: + 33 (1) 40 61 332.
Les dinoflagellés du genre Symbiodinium sont des microalgues vivant en symbiose avec les coraux constructeurs de récif. Si les études phénotypiques ont reconnu une grande diversité de ces dinoflagellés symbiotiques, peu d’espèces ont été clairement identifiées en raison de l’obtention difficile de cultures. Nous avons étudié la diversité des dinoflagellés symbiotiques de 7espèces de coraux partageant le même écosystème en utilisant des outils moléculaires. Ces outils ont permis d’explorer les relationssymbiotiques entre les dinoflagellés symbiotiques et les coraux dans le lagon de Tahiti. Les populations de dinoflagellés symbiotiques (souches ou espèces) ont été distinguées en utilisant les pourcentages de similarité et les groupes monophylétiques obtenus d’après l’analyse phylogénétique du gène codant pour la petite sous-unité ribosomale (ADNr 18S). Les séquences d’ADNr 18S provenant des dinoflagellés symbiotiques isolés des coraux Acropora formosa et Montastrea curta sont originales et clairement distinctes des séquences d’ADNr 18S des dinoflagelles symbiotiques isolées des autres espèces de coraux. Les coraux Pocillopora verrucosa, Fungia scutaria et Montastrea curta contiennent chacun deux populations de dinoflagellés symbiotiques correspondant à deux espèces différentes du genre Symbiodinium. Les séquences d’ADNr18S des dinoflagellés symbiotiques des coraux Fungia scutaria, Fungia paumotensis,Leptastrea transversa, Pavona cactus et Pocilloporaverrucosa, partagent des dinoflagellés de séquences très proches voire similaires dont le niveau taxonomique n’a pu être déterminé. L’hypothèse d’une co-évolution entre le dinoflagellé symbiotique et le corail a été testée en comparant la phylogénie des dinoflagellés symbiotiques et celle des coraux. La non proportionnalité des branches phylogénétiques des arbres et les différences entre les dynamiques évolutives de leurs gènes permettent de rejeter l’hypothèse d’une co-évolution. Nos résultats mettent en évidence la présence d’une association spécifique entre des dinoflagellés et deux espèces de coraux et suggèrent que pour les autres espèces de coraux, les dinoflagellés symbiotiques sont
sélectionnés par des facteurs environnementaux.
Carole Borchiellini
Monophylie ou paraphylie des spongiaires : position phylogénétique des différentes lignées d’éponges.
Centre d’océanologie de Marseille UMR CNRS DIMAR Station marine d’Endoume, rue de la Batterie des Lions, 13007-Marseille.
Les relations phylogénétiques entre les phylums de métazoaires diploblastiques (Spongiaires, Cnidaires et Cténaires) restent très mal connues. Du point de vue morphologique, les homologies sont très peu nombreuses et la paléontologie apporte peu d’information. Dans le but de clarifier la position phylogénétique des spongiaires, de tester leur monophylie ou leur paraphylie et leurs relations avec les autres animaux diploblastiques, et de confirmer ou d’infirmer l’hypothèse de la monophylie des métazoaires, nous avons choisi d’étudier les gènes codant pour la protéine de choc thermique Hsp70 cytoplasmique. Ces protéines Hsp70 constituent la famille de protéine la plus conservée au cours de l’évolution. Les arbres phylogénétiques obtenus soit par les techniques de distance soit par celles de parcimonie ont confirmé la monophylie des animaux. Cette monophylie des Métazoaires a été soutenue par des valeurs de bootstraps de 91 à 94%. Cette haute valeur de reproductibilité tend à démontrer que les Métazoaires constituent un clade extrêmement robuste (Borchiellini et al. 1998).
En ce qui concerne les relations phylogénétiques entre les animaux diploblastiques, notre travail n’a pas permis de conclure quand à la monophylie ou paraphylie des Diploblastes de manière statistiquement significative. Cependant, notre travail semble indiquer de manière fiable que la sous-classe des Homoscleromorpha est aussi éloignée phylogénétiquement des autres démosponges que ne le sont les trois grandes classes de spongiaires entres elles, à savoir les Démosponges, les Calcaires et les Hexactinellides. Ces résultats moléculaires, concordants avec différents critères embryologiques et morphologiques, nous laissent penser que cette sous-classe de Démosponge pourrait représenter une quatrième classe de Spongiaires à part entière.
Pour vérifier ce résultat, nous avons entamé un programme de séquençage de l’ARNr 18S chez diverses espèces d’Eponges et divers représentants des deux autres phylums d’animaux diploblastiques. L’intérêt de l’ARNr 18S réside principalement dans le grand nombre de séquences disponibles, chez les Métazoaires ainsi que chez les autres Eucaryotes. Par contre à ce jour les Eponges sont faiblement représentées dans les banques de données. L’analyse des séquences d’ARNr 18S déjà obtenues est en cours et les premiers résultats de cette étude semblent conforter les données déjà obtenues pour la sous-classe des Homoscleromorpha avec le gène Hsp70. Cette approche, utilisant à la fois les gènes codant pour la protéine Hsp70 et l’ARNr 18S, couplée à des caractères morphologiques permet donc avec une assez grande confiance d’élever la sous-classe des Homoscleromorpha au rang de classe » Homoscleria « .