Enseigner l'évolution

Transkriptio

1 AATTTTCGTATCTGTTGGAGTTAGATAAGCCTACGCTTGATGGACCGTTGGGTGGCTTTCTAAGTGAGCTCGTGCCATCACAATTAATATAAGGAATTGTAGATGTTTCTTTCGTTATAGGTATTTCAAAAT TTATAAGAACCTACGCCCTCGTCTTTCTCCATTGGAACAGTTGCCGTTTTCGCAGTTCTTTTTGGTTCAGTCCTCATATCATGTGATTCCCCTGGCTCTCCTGATCTTTTTATACTTACTTTGAAATCGTCA GTGTATTTCTTTGATGCAACTCCGATAACGAAGACAATGCTTCCAATAATAACTAAGAATTTGCATACCGTTATTAAACCTACCAAAAGTTTACCTATAAGCTTCTGTAATATTGGCCCCATCATTGTTGTG ACGCACCCTACCAAAAATGATGGGAAATCCAGCACAATACTGCCAGGCCCACTACCTATTGTAATTTTCCATCGTAACCAATCCCTTTTCAAATCCATCCGTGACTTCTATGTCTCGTTACTTTCACAGCG GGAGCTACTAGAAAAGTGGCAAAGCTAAACAGCTGATCGAAGTAAACAGAAAAGAACACTAATTGTAGATCAGGCTGTGTACTAGACCTTATTTTACTGTATTTTTTCGGAAAGAAAAAAGGAGCGCTTT GATCGAAAGTTTCGCTCGTAAATTATTTGTAAGATGCTATTCATAATATGTTAACTGAGAGAAACCAGGTCAAAACAAAACAATTTTGGGCTCTTGCCTCCAAATTTGCCTACCCTAGAACAGGTATCCAT CTCGCCTGTACCCGATTAAAAAAAAGACCAATTATTTAAAACTTCTCAAGAAGTTTCATATGCAGTGTATAAGTTGAAGGAATATAGGAATATATATCCTTCAGAAAAGCAACACAATACCTAATTACATAA ATATTTACCTTTTAGAGTGCCTCATTCTTGCAATCTTTCTGTTCGCCATAACACCACCGCCCATGCTCATGCCATTATTTGTTCCCATCCCCATCTGATTAGGGGCTGACTGCGGCTGCCCAAAAGAAGTT CGGCACACCACCTGCCCCCCCAAAAATGGATGATGGATTTGTTACGTTTGAATTGGAACCAGAGGCAGCATTCGCACCAAATATATCACTTGGCCTTAATGCATTGGTCGCGGTATTAGTAATTCCGCC CAATCCGCTAAAATTAATATTAGGAACTGTTGATGGCGTGAATGAGCTGTTTGTATTGAAAGATGGGGTTTGCGATTGATGTGGTTGGTTATTAGAGCCGGCAAACACCGTATTAGCATTAGTGTTGCCG ATATTAAATACAGAGCCGCCACCAGGCGTTGAATTATTTCCCGTAAAATTAAAAGCAGAGGGAACATTGACATTTTGTGCATTCGTGGAAGGAGGTTTATTGAATAAACCAGCATTAGCATTAGTTGACGA TTGCTGATGTAAAAGGATTGAGACCCCCTGCACCATTGTTTCCAAAATTAAATGAAGATTGATTAGAAGCTGCACCAGTTGCTGCTGTTCCTGAGCTCGAAAAGCCAAATGCCGAGCCCGCTCCATTCGT TGCCACTAGCGATACTTTGATCCGGTTTTCCTACGTTAAATGTACCCGCTATATTGGTTCCTGAGGTATTGGAAGTAGTAGTTGTGCCGTTACCAGTAGCAGGGGCGTTAAACGAGAATGATGTGGAGTT CTGAGGCATTGGTACCATTGGTGTTAGCAGTACCGAATGAAAATGCAGATTTAGATGTTGTATTACCAGTAGCGTCTGTTGGCTTACCCAAGACAGGAATCGGCGTTGAGGAAGCAGAACCATCGAAGA 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2 Deux génomes eucaryotes différents Levure Homme Gènes (protein-coding) ~ Introns 280 > Pseudogènes ~ 10 > Eléments mobiles (transposons) ~ 50 > Taille génome (haploïde, en mégabases) 12, fonctions régulations évolution Exons codants Introns, UTR, pseudogènes Elements mobiles Autres

3 Premier principe d'évolution des génomes Milliards de générations successives Divergence de séquence Réplication de l'adn Diminution Augmentation Dérive génétique Sélection Polymorphisme génétique au sein des populations (nb d'allèles par gène) Vertébrés ~ 10-9 mutation/ nucléotide/ an Levures? Ex. génome humain Ex. Saccharomyces cerevisiae 3 mutations / génome / mitose (*) 5 x 10-3 mutations /génome / mitose Polymorphisme séquence: ~ 0.1 % Polymorphisme séquence: ~ 1.5 % Divergence de séquences entre espèces voisines Homme vs chimpanzé ~1.4 % S. cerevisiae vs S. bayanus > 20 % (ca. 500 x 103 générations) (* mutations / génération)

4 Deuxième principe d'évolution des génomes Milliards de générations successives Réarrangement des cartes génétiques Duplication des gènes Diminution Augmentation Perte des gènes Redondance génomique (nb de paralogues) Gènes en familles de paralogues Vertébrés Levures Homme 65.6 % S. cerevisae 44.2 % Rat 67.5% K. lactis 31.8 % Souris 65.9 % D. hansenii 51.5 %

5 Nb de gènes Deux exemples de duplication ~ ~12 500? ~6 000 Paramecium tetraurelia Saccharomyces cerevisiae -7? 10 / mitose

6 Conséquences évolutives des deux premiers principes 2 ème principe: duplications 1 er principe: mutations Gène ancestral Copies dupliquées paralogues Nouvelle fonction néo-fonctionalisation Gène ancestral Copies dupliquées paralogues Spécialisation des fonctions: sub-fonctionalisation Gène ancestral Copies dupliquées X Perte de gene : non-fonctionalisation Un génome n'est qu'un cliché instantané d'un processus continu de duplication, mutation et perte de gènes.

7 Troisième principe d'évolution des génomes Milliards de générations successives Nouveaux gènes Formation des gènes Augmentation "Originalité" du génome (nb de gènes nouveaux) Diminution Perte des gènes exon Exon shuffling élément Exon 1 Intron Exon 2 mobile Formation des nouveaux gènes Fusions / troncations de gènes existants Changement de phase (exons codants) Transfert de gènes (entre espèces, entre organelles) Formation de gènes à partir d'arn nouvel exon Nouvel épissage ou perte de l'intron

8 Gène humain RPE2-1 Exemple d'exonisation d'éléments mobiles Ribulose-5-phosphate-3-épimerase ' UTR Alu J 3' UTR exon 3 intron Partie de séquence Alu J devenant un exon codant Lemur Eulemur Tarsius Saguinus Saimiri Macaca Colobus Hylobates Pongo Pan Homo Réversion Strepsirrhini Tarsioidea Platyrrhini Cercopithecoidea Hominoidea Alu J exonisation Mutations au site 3' d'épissage ca. 10 MYr Alu J insertion / fixation

9 Les nouvelles techniques de séquençage Méthode longueur des nombre de total par coût relatif lectures lectures tour (run) par nucléotide Sanger ~700 nuc Kb 1 Pyroséquençage ~250 nuc Mb 0,1 Phase solide nuc Mb 0, Mb 0,01 Combinaison des technologies: vers le séquençage des individus et des populations entières