1
Q
Intro :
-La vie sur terre :
A
- tous les processus de la vie ont une base chimique, physique
- tous les organismes sont le fruit de l’évolution à nécessaire de bien comprendre l’évolution pour comprendre le phénotype, la structure et le comportement des organismes
- Il y a une grande similarité entre les organismes, une grande partie de la diversité et adaptative
- Le mot évolution vient du mot latin evolvere, qui veut dire dérouler, parcourir un manuscrit à d’une manière générale, évolution veut dire changement et peut se définir comme le changement héréditaire de groupes d’organismes au cours des générations (selon Darwin : « descent with modification »)
- La théorie de l’évolution a été principalement développée par Charles Darwinàcette théorie est une des idées les plus révolutionnaires (similaire à la théorie Newtonienne) à avant Darwin, le monde était défini comme statique, tel que Dieu l’avait créé DONC par de nouvelles espèces, pas d’extinctionsàserait la volonté de Dieu (FINALITE)
2
Q
Pourquoi la biologie évolutive est-elle importante ? :
A
- elle nous explique comment la vie a évolué et quelle est la position de l’homme sur terre
- elle a une importance médicale à les pathogènes évoluentàla biologie évolutive permet de trouver l’origine des pathogènes (SIDA), de comprendre l’évolution de leur virulence et de comprendre pourquoi certaines maladies perdurent (anémie falciforme)
- elle a une importance en agriculture à la plupart des aliments que l’on mange sont le produit d’organismes sélectionnés à aliments transgéniques, interactions + résistance aux parasites (500 espèces d’insectes et acariens sont résistants aux insecticides)
- on a selectionne les aliments en fonction de leurs caract fav : legumes, poulet…
- selection artificielles : ble
- il existe des prog qui gardent en reservent l espece ancestrale
- maintenant, l environnement est perturbe, equilibre perturbe (votaation sur la chasse)
- certaines especes se creeaient apres speciations
- produits naturels, méthodes biologiques à beaucoup de produits naturels sont employés en médecine à on emploie aussi des bactéries pour amplifier l’ADN (PCR)
- biologie de conservation à impact humain énorme à conserver la biodiversité à comprendre la biodiversité
- nous comprendre ainsi que notre « nature humaine »
- Exemple du SIDA :
- On se pose diverses questions :
- pourquoi est-ce que certains traitements comme azidothymidine (AZT) ne sont plus efficaces ?
- pourquoi certaines personnes sont-elles résistantes ?
- d’où vient le virus ?
- cf carte histoire nat des epidemies
3
Q
Histoire naturelle de l’epidemie :
A
comment déterminer les pattern de transmission ?
- histoire naturelle de l’épidémie
- Maladie découverte dans les années 50-60 aux USA à pris un certain temps pour découvrir de quelle maladie il s’agissait
- Bizarre car très présent chez les homosexuels avant d’atteindre les hétéro à virus ARN transmis lors de rapports sexuels ou transfusion sanguine
- C’est un parasite intracellulaire à s’attache à la protéine CD4 présente sur les macrophages et les cellules T àl e virus transmet alors son contenu diploïde (RNA) et une protéine (reverse transcriptase) comme le font les rétrovirus
- Le virus utilise le système enzymatique de son hôte (polymérase, ribosome, ARNt) à l’organisme réagit à l’infection du HIV en détruisant les virus dans le sang, les macrophages et les cellules T infectésàdestruction du système immunitair
- AZT a été un des premiers médicaments développéàa bien fonctionné dans un premier temps MAIS plus maintenant à pourquoi ?
- AZT
- AZT empêche la transcription inverse à il est similaire à la thymidine à la transcriptase inverse utilise AZT à la place de la thymidine à cette erreur stop la transcriptase inverse
- Au début, ce médicament était très prometteur MAIS ce n’est plus le cas à pourquoi ??
- car le virus HIV s’adapte au mutation de la transcriptase inverse (plus la thérapie dure, plus il faut des doses élevées d’AZT pour empêcher la réplication du virus)
- maintenant c est une bonne chose d avoir plusieur medocs :
- parce que chc iront agir a des emplacements diff et comme ils attq en meme temps mais pas au meme endroit le virus n aura pas le temps de dvlp une caracterique evolution pour s en proteger
- pourquoi est-ce que le SIDA tue ?
- pourtant pas interessant pour un virus de tuer son hote :
- par accident ? :
- oui si saute d espece a autre
- ou rentre en concurrence et le virus le plus virulent gagne et tue l hote meme sans vraimet le vouloir
- pq alors n a til pas dvlp un meca STOP ?
- par accident ? :
- Ceci est lié à la virulence à tendance à entrainer la maladie à il y a 3 hypothèses pour expliquer la virulence élevée :
- pourtant pas interessant pour un virus de tuer son hote :
- conséquence inévitable de l’attaque du système immunitaire (MAIS peu probable car d’autres virus attaquent les cellules ayant les protéines CD4 (HIV-2, herpès) mais ce ne sont pas pour autant létales)
- pas de variation génétique pour la virulence à faux car on a pu observer une augmentation de la virulence chez des patients (virus en culture)àplusieurs souches (avec différentes virulences) ont été retrouvées et des mutations influençant cette virulence ont été identifiées
- la virulence augmente quand le virus se multiplie dans l’hôte à les virus se développant le plus rapidement sont sélectionnés même si cela est mauvais pour l’hôte
- pourquoi certaines personnes sont-elles résistantes ?
- Certaines personnes semblent résister au virus et d’autres survivent beaucoup plus longtemps
- mutation par variation dans la frqc des alleles + selection durant l hist (allele rare par migration des pett pop d afrique vers le nord de l UE)
- La genetique perment d identf des variances genetique pour aug la resistance (echantillong, variantes genetq)
- selection de genes durant les epidemies de la peste (80% de morts)
- Plusieurs mutations ont été identifiées, par ex le co-récepteur CCR5 à une délétion de 32 pb chez ce co-récepteur empêche le virus de s’y lier et d’entrer dans les cellules
- Il y a 2 explications possibles pour la différence de fréquence :
- la sélection ou la dérive à certains suggèrent que la mutation Δ32 a été sélectionnée durant les épidémies de la peste
- D’autres gènes mutants ont été identifiés à pourraient amener à des thérapies
- d’où vient le virus ?
- Phylogenie du virus :
- sqc le virus et comparer en cherchant des similitudes pour recreer l hist du virus
- nous avons retrouver 3 versions du virus chez l homme (avec des nouv + virulents que d autres : evolution des versions de maniere rapide
- transmission provenant des primates et le virus peut passer d un etre a l autre due a l ancetre commun
- la chasse + commercer des singes
- le virus n a pas d effets mortel sur les singes : variante du virus en fonction de l espece
- Des arbres ont été reconstruits pour les primates et HIV en séquençant le gène de transcriptase reverse (les virus induisant des maladies immunodéficitaires sont appelés SIVs = simian immunodeficiency viruses) à des chimpanzés ont des SIVs très similaires à HIV-1
- Comme tous les virus à ARN, HIV évolue très rapidement à cause :
- taille énorme de la pop., courtes générations (<5 min)
- taux de mutation très élevé (l’enzyme reverse transcriptase fait beaucoup d’erreurs) à cette rapide évolution a permis la reconstruction de son évolution au sein même d’une seule personne infectée !
- Chaque personne infectée porte des dizaines de variantes génétiques qui ont divergé à partir du variant unique à l’origine de son infection (de même pour le virus de l’hépatite C)
- maintenant ++ variantes sur les diff especes a cause du commerce : information circule pus vite
- Phylogenie du virus :
- Comment prouver que la mystérieuse injection avait causé directement l’infection de la femme
- recreer la phylogenie a partir des variantes du virus, celui quil va trnasmt a qq le virus sera diff mais presence de similitudes pour les ancetres communs
- à séquencer les virus du patient, de la victime et de personnes aléatoires
- cependant le jugement se base sur des proba :
- proba a partir de la seqc d adn
- utls micro sattelites (pas sur car mutation rapides)
4
Q
Sélection natuelle :
-Apres Darwin
A
- Apres Darwin :
- de nombreuses donnees ont prouve que Darwin avait raison :
- la genetq a aussi permis de fournir une explication a la variation qui existe entre les pop et comment cette variation peut etre transmise
- de nombreuses donnees ont prouve que Darwin avait raison :
- Il y a 4 conditions necss pour que la selection nat puisse agir :
- morpho, physio, comportement
- fitness : succes reproducteur
- heritable : ressblc avec nos geniteurs
- maintenir une varaibilite : mutation
5
Q
Sélection natuelle :
1-
A
- les indv d une pop varient dans leur morpho, physiologie et comprotement :
- la variation de la couleur de la coccinelle est due aux 15 alleles d un locus. Chq cell montre le motif sur la couverture de l aile gauche d un croisement entre la forme a l extremite gauche du tableau et la forme de la colonne
6
Q
Selection nat :
2-
A
- Les diff phenos influ le taux de survie et de reproduction (diff de fitness)
- plus la densite de la pop est ggande + la survie des faons de Cervus elaphus depend de leur poids a la naissance. Le poids des oeufs et larves de jeunes reines de Lasius niger est correle avec le poids des reines avant le vol nuptial.
7
Q
Selection nat :
3-
A
- Les variations phenos sont heritables :
- ont une base genetq : ressblc avec nos geniteurs
- depend de l environnement
- orgn de la variance mathematq :
- Soit Vp, une variance phenos mesuree : Vp = Vg+Ve
- variance d orgn genetq : Vg=Va(additive)+Vd(dominance)+Vi(interaction)
- Va : effet des alleles a diff loci s additionnne pour donner le phenos final. Les alleles sont co dominants
- Vd : la dominance des alleles sur un autre provq des effets non additifs
- Vi : certains alleles de loci peuvent provq des effets (non additifs et supprme l autre alleles pour une certaines confg)
- variance d orgn envir : Ve
- Herabilite (sens restreint) : h^2 = Va/Vp, 0<h>
<li>peut etre mesuree en comparant les descendants de diff genotypes dans un meme env : si Ve=0 -> Vg=Vp </li>
<li>estimation graphq :
<ul>
<li>la relation entre le phenos des offsprinf et les patterns :
<ul>
<li>nous possedons 2 cas :
<ul>
<li>un ou la moyenne trace une droite : la pente entre les relations et herabilite est de 1</li>
<li>un ou offspring et moyenne des parents ne sont pas correles : la pente entre les relations et herabilite est de 0</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</h>
- variance d orgn genetq : Vg=Va(additive)+Vd(dominance)+Vi(interaction)
- environm modifibles :
- labo : stable
- si new allele qui aug par fecondit :
- selectionne
- prpg facile
- variance genetqi : L hertb des traits lies a la fitness est en G faible, pq ?
- si fitness aug, il y aura une diminution de la variation genetq par ++ selection
- selon l importance du caract, la varablt G jouera un role important au fur et a mesure de l evolt (#bras>coleur chv)
8
Q
Selection nat :
4-
A
- une variabilite genetqiue (donc phenos) est maintenue (mutations)
- la resistance aux insecticides :
- plusieurs processus (mutations) rendent ces insectes resistants aux insecticides
- le taux de mutation est en correlation avec la taille du genome : plus le genome est petit plus il y aurau de mutations car la machinerie de correction est moins efficaace
- pour avoir un plus grd genome,, il fallait que le taux d erreurs soit plus faible : aug la qualt de replication d ADN d une generation a l autre
- la resistance aux insecticides :
9
Q
Conclusion selection nat :
- 4 conditions necss pour la selection nat et l evolution semblent communes dans la nature :
A
- e.i de selection exp dans la nat :
- modf de lenvironnement pour une selection du nombre de taches caudales chez les guppies dans des prop exp : on cree 3 pop de guppies
- dans une pop temoin K, le nombre de taches caudales des males s accroit regulierement
- idem dans la pop K ou des poissons predateurs (Rivulus) s attq aux jeunes guppies ont ete introduits apres 6 mois (jsute apres le recensement S)
- dans une pop C, on introduit au meme moment un predateur (Crenichicla) qui lui sattq aux adult : dans cette pop, le nombre de taches caudales des males diminue
- Interpretation :
- en abs de predateur, la selection sexuelle par les femelles favorise les males a coloration voyante MAIS ceux ci sont plus facile a reperer pour les predateurs d ou la contre selection
- modf de lenvironnement pour une selection du nombre de taches caudales chez les guppies dans des prop exp : on cree 3 pop de guppies
- i.e de selection exp dans le lab :
- (A) diag d un labyrinthe utls pour select les phototaxies (mouvmt en rep a la lumiere).
- Le labyrinthe est oriente verticalement sous une source lumineuse et les mouches sont introduites au fond, choississant entre la lumiere ou l obscurite a chq intersection. Le mvmt lateral a trvs les intersections est empeche par de barrieres.
- le diag montre les 3 premiers choix sur 15 fait pa les mmouches dans la selection exp.
- pour select les geotaxies (mvm en rep a la grvt) le laby etait tourne de 90* et l illumination uniforme
- (B) ce graphq represente la moyenne photo tactique des mouches des 20 premieres generations parmi 2 pop selectionnees pour positif (triangles colores) et natifs (triangles noirs) phototaxies
- (C) ce grph represente la moyenne geo tactq dans les 30 premieres generations
- (A) diag d un labyrinthe utls pour select les phototaxies (mouvmt en rep a la lumiere).
10
Q
Selection nat :
-def fitness
A
- Fitness : le fitness d un genotype est def comme le # moyen d indv produits par un indv de ce genotype apres une ou plusieurs generations
- Fitness relatif : le fitness dun genotype est def comme le fitness d un genotype/ par le fitness d un autre genotype de reference :
- on compare les genos qui fav le fitness
- La selection nat tend a aug le fitness relatif. Le firness d un organisme depend :
- de la proba de survie jsq l age de reproduction et de la fecondite moyenne :
- la selection nat agit sur diff composes du fitness
- de la proba de survie jsq l age de reproduction et de la fecondite moyenne :
- Image :
- un portrait simplifie des composants de la section nat qui peut affecter la fitness de la reproduction d un organisme durant sa vie.
- commencons avec le zygote a peine forme avec de genotypes pouvant differes des adults, peuvent differaient en fonction du nombre d indv obtenus, particuliere si males. Vont devenir parents et leur progenitur peuvent differer (# de gametes produites, oeufs).
- La selection peut agir sur les gametes haploides comme une diff de variabilite ou brassg meiotq et l union de certaines combinaisons allelq peuvent etre plus compatibles que d autres.
11
Q
Selection nat :
-on diff 3 types de selction :
*1
A
- Selection stabilisante :
- fav les phenos intermd
- elimine les phenos extremes
- le genotype realisant la valeur moyenne du caract est celui qui possede la plus forte aptitude :
- les genotypes responsables des autres valeurs prises par le caract ont une moindre aptitude et d autant plus que l on seloigne de la moyenne
- le resultat d un tel mode de selction est un resserrement de la distribution autours de la moyenne qui reste inchangee entre 2 generations (seule la variance tend a diminuer)
- i.e : selection stab pour le poids du bebe a la naissance chez les humaines :
- plus le bebe est grd, plus le bebe aura de chance de survive : desavantage ? l accouchement :
- a l epq il y avait de fort taux de mortalite
- taille optimale depd de 2 fact :
- sortir et survivre apres l accouchement (ainsi que la mere)
- sur le grph la mortalite precoce est plus faible lorsq qu elle tend vers la moyenne de la pop
- plus le bebe est grd, plus le bebe aura de chance de survive : desavantage ? l accouchement :
12
Q
Selection nat :
-on diff 3 types de selction :
*2
A
- La selection directionnelle :
- favo les indv rares
- souvent causee par des changements de l environnement
- les genos qui sous tendent les phenos a un deux extremes de la distribution sont fav :
- la moyenne va donc changer dans cette direction entre 2 generations, et la variance peut eventiellement diminuer
13
Q
Selection nat :
-on diff 3 types de selction :
*3
A
- La selection disruptive :
- fav les phenos extremes
- desavantage les phenos intermediaires
- i.e : selection disruptive sur le nombre de poils sternopleurals chez la Droso mmelanogaster :
- les indv ayant peu ou bcp de poils ont ete autorise a se reproduire, tandis que cuex avec des chiffres intermediaires ne l etaient pas :
- la pop a diverge rapidement
- les indv ayant peu ou bcp de poils ont ete autorise a se reproduire, tandis que cuex avec des chiffres intermediaires ne l etaient pas :
- i.e : chien (grands et petits) MAIS par l homme, predateur dans l eau vivant au milieu :
- aller soit en bas soit en haut pour attraper des proies : avantages d etre grd pour se defendre et les pett males vont tenter de feconder des femelles protegees
14
Q
Selection nat :
-Attention selection ne veut pas dire evolution : 4 raisons
*1
A
- ATTENTION : selection ne veut pas dire evolution :
- les mutations vont diminuer le fitness (++ mutations sont deleteres)
- La SN elimine la maj des mutations (la plupart ont un effeet neg sur le fitness) DONC empeche l evolution
- cf image
15
Q
Selection nat :
-Attention selection ne veut pas dire evolution : 4 raisons
*2
A
- Le derive gentique (allele perdu) peut entrainer l evolution sans selection : depend de la taille de la pop :
- se passe de maniere aleatoire, plein de facteurs influencent la mutation : aug la frq de certains alleles de maniere aleatoire sans avoir ete selct (plus la taille de pop est grd plus la derive diminue)
16
Q
Selection nat :
-Attention selection ne veut pas dire evolution : 4 raisons
*3
A
- La variation spatiale de l env et la selection differentielle dans ces env ainsi qu un flux genetq peuvent empecher la fixation de caract fav dans chq des env :
- de la mmoule Mytilus edulis dans le dedroit de Long Islanf et des sites voisins :
- la frqc de l allele diminue rapidement sur une distance de 30kM ou la dalinite diminue d est en ouest, en depit de flux de genes haut
- de la mmoule Mytilus edulis dans le dedroit de Long Islanf et des sites voisins :
17
Q
Selection nat :
-Attention selection ne veut pas dire evolution : 4 raisons
*4
A
- La variation temporelle de l env et la selection diff du phenos :
- du pinson de Darwin. Les 2 types de pinsons preferent les graines molles mais lors des periodes seches, il n y a que des graines dures et les oiseaux qui ont un gros bec arrvent plus facilement a les casser.
- les criquets :
- les bruns devront s adapter aux herbes vertes tandis que les verts seront avantages
18
Q
Selection nat :
-adaptation
A
- Adaptation : un trait adaptatif est celui qui aug le fitness d un organisme dans un context env particulier et est la cible de la SN (couleir cryptq, cou de la girafe), mais diff a demontrer
- Comment demontrer quil s agit dune adaptation?
- modeles d optimisation : fourragement, taille de grouep, age de reproduction
- comparaisons intra spe : comparer les especes dans plusieurs habitats, effets des proies sur la taille du bec
- comparaison interspecifiques : groupes d especes vivant dans des habitats diff, taille des testicules enfonction du syst de reproduction
- Une adaptation es tdiff a demontrer :
- le monde vivant est le resultat de centaines de millions d annees d evolution, de diversification, d extinction, d elaboration des caract :
- deduction necsst
- le monde vivant est le resultat de centaines de millions d annees d evolution, de diversification, d extinction, d elaboration des caract :
- i.e : existe des poissons qui vivent dans des grottes sans lumieres :
- perdu la capacite de voir mais faudrait le prouver ou s agit il d une derive geentqieu (mutatio arrv par hasard)
- reprendre ces poissons et le sremettre dans un milieu lumineux et voir sils peuvent avoir la capacite de voir a nouveua
- mutation permettant cela mais prendre du tmeps
- perdu la capacite de voir mais faudrait le prouver ou s agit il d une derive geentqieu (mutatio arrv par hasard)
- Pb de la fonction actuelle qui peut diff des facteurs selectifs qui ont amene a l evoltuion d un caract
- Crtq du prog adaptatif : (Gould & Lewontin 1979, The sprandels of San Marco and the Panglossian paradigm: a critique of the adaptionist programme. Proc. R. Soc. Lond. B, 205, 581-598.)
- leur argmt est que l on vuet tout explq par adaptation comme les explications a posteriori.
- Un autre pb est quil est tres diff de demontrer la non adpatation
19
Q
Niveau de selection :
-Generalite
A
- Niveaux de selections possibles :
- Gene->Cell->Organsm->pop->espece->clade
*La notion de selction de groupe bien pour l espece a beaucoup ete discutee dans les annees 60 :
- certains pensaient quil y avait une selection au grp afin de ne pas surexploiter l hbt (Wynne-Edwards)
- les organismes dimn le taux de reporduction pour le bien du groupe
- si trop indv, ils vont detruire l hbt et mourir de faim
- mieux vaut reguler le taux de natalite
- notiton que le taux de reproduction est lie a la capacite de l environnement CONCEPT FAUX :
- il sagit d une taille des portees optimale pour les parents
- Exemple de notion de selction de groupe bien :
- sil y a moins de bouffe, la femelle (Oiseau) pondra moins d oeuf
- ne pas suexploiter l env
- diminution de la pop car diminution des ressources (pour le bien de l env)
- autre raison? maximiser ses prop ressources
- diminution de la pop car diminution des ressources (pour le bien de l env)
- ne pas suexploiter l env
- sil y a moins de bouffe, la femelle (Oiseau) pondra moins d oeuf
- Williams : montre qu un systeme de selection de groupe n est pas stable :
- un systeme de selction de groupe n est pas stable : ouvert a la tricherie
- ex du sexe ration 1:! MAIS chez certaines especes, il suffirait d avoir qq males pour inseminer toutes les femlles : Pq autant de males ?
- supposons le cas d une pop ou le sexe ratio est biaise envers les femelles
- dans une telle pop, les males auront un succes reproducteur ++ eleve que les femelles (transmettrons plus de genes dans les generations subsq)
- une femlle qui metttra au monde plus de males aura un fitness sup
- l eq est ainsi un sexe ration 1:1
- une femlle qui metttra au monde plus de males aura un fitness sup
- dans une telle pop, les males auront un succes reproducteur ++ eleve que les femelles (transmettrons plus de genes dans les generations subsq)
- SEXE RATION 1:1 ?
- si une pop ou que des males et 1 femelle :
- elle va devenir tres interessante -> bcp de fitness et au final on se retrouvera avec 50-50
- le sexe rare devient interessant : a un plus grd succes reproducteur MAIS ATTENTION les femelles peuvent s accoupler avec plusieurs males mais le descendant d un seul male
- succes reproduteur moyen est prop au sexe ratio de la pop (uniq exception est l humain : H= nbs de partenaires plus evele que F)
- si une pop ou que des males et 1 femelle :
- un systeme de selction de groupe n est pas stable : ouvert a la tricherie
20
Q
Niveau de selection :
-COmment explq l evolution de l altruisme (insectes sociaux) si pas de selectio au nv du grp ou de l espece ?
*exemple de selection au nv du gene : 1 (t-allele)
A
- Reponse paradoxe :
- c est parce que la selection agit au niv du gene.
- Ce sont les genes qui se repliquenet :
- par ex, une partie importante de lADN n a pas de fonction et on pense que c est de l ADN parasite (selfish DNA)
- 3 exemples de selection au nv du gene :
- t-allele chez la souris :
- l allele-t est un gene qui lors de la formation des spermatozoides produit une substance toxique :
- genes vont mourir sauf ceux mutes car a cote de ce gene il y en a un autre qui va les rendre resistants a ce genre
- une fois qu on a ce gene, que se passe t il au court du temps ?
- au cours des generations l allele-t va aug : le gene va se fixer (en detruisant les autres sperm)
- gene egoiste car bien pour sa transmission mais couteux pour cleui qui le porte
- au cours des generations l allele-t va aug : le gene va se fixer (en detruisant les autres sperm)
- Pour une femelle, bien de s accoupler avec un male porteur de cet allele-t ?
- il y a un cout car le male no porteur a un avantage compare au male porteur
- il possd plus de spermatz donc plus de succes reproducteur et 2/3 de feconder contrairement au porteur
- il y a un cout car le male no porteur a un avantage compare au male porteur
- Donc l avantage pour l allele-t si heterozg MAIS desavantage car moins de sperm
- Les femll pref ceux qui ne sont pas porteurs MAIS comment les reconnaitres ?
- choix post reproductf, incompetiblt genetq, s accoupler avec le plus de males possbl et aug la proba d etre fecondee par des males non porteurs
- l allele-t est un gene qui lors de la formation des spermatozoides produit une substance toxique :
- Chez bcp d especes, les males choississent les femelles car peuvent produire seulement qq progenitures
- POur les femll le fit de s accoupler avec plusieurs males est un moyen de selectionner les meilleurs males
- Les males porteurs de ce gene doivent pouvoir se protg :
- possd un gene “antidote” MAIS pour cela, il ne faudrait pas quil y ait de recombinaison d ou un ensemble de genes lies par inversion
- ces genes determn chez le male l elimination presq complete des sperm qui ne le possedent pas cet ensemble de genes lies
- Chez bcp d especes, les males choississent les femelles car peuvent produire seulement qq progenitures
21
Q
Niveau de selection :
-COmment explq l evolution de l altruisme (insectes sociaux) si pas de selectio au nv du grp ou de l espece ?
*exemple de selection au nv du gene : 2 (Guepe Nasonia)
A
- Exmples de selection au nv du gene :
2- Guepe Nasonia vitripennis : Chromome B
- chez les guepes, abeilles, fourmus, il y a un systeme particulier pour la reproduction :
- si l ovule est ffeconde : F
- et sil n est pas feconde :
- donc la femelle peut choisir le sexe ratio : vraiement un sexe ratio de 1:1
- il y a un chroms supp chez certains males :
- qd une femelles s accouple avec un de ces males, elle produirait seuelemtn des males eux aussi porteurs du B
- B desactive les autres chroms paternels : QUE des males porteurs de B
- Avantages pour B?
- certains d etre transmis !
- le male ne transmettra que le chrms B
- affecter le sexe ratio jsq moment ou il n y aura plus de femelles !!!!
- sexe ratio ++ biaise envers les males : extinction de lespece
- 2 moyens pour empecher ca :
- un autre gene ailleurs qui empeche le chrms B : plus de chrms B
- les femll selectionnenet les males : discriminer les sperm avec ce chroms
- (ou chrms B devient letal MAIS assez dur de selction cela)
- qd une femelles s accouple avec un de ces males, elle produirait seuelemtn des males eux aussi porteurs du B
22
Q
Niveau de selection :
-COmment explq l evolution de l altruisme (insectes sociaux) si pas de selectio au nv du grp ou de l espece ?
*exemple de selection au nv du gene : 3 (COleoptere Tribolium)
A
- Exemple de selection au nv du gene :
3- Coleoptere Tribolium castaneum : medea selfish element
- la femll produit une substance toxq dans l oeuf qui tue le bebe :
- medea est lie a l antidote : seulement la moitie survivra (ceux qui en sont porteur)
- si ce gene est introduit dans une pop assez grd, ce gene se propagera et remplacera les mouches “sauvages” par des mouches porteuses de medea
- Dans une pop ou le gene medea est fixe : on ne voit plus l effet de cegene tandis que dans une pop ou l on ne trouve pas ce gene, la 1/2 meurt
23
Q
Niveau de selection :
-COmment explq l evolution de l altruisme (insectes sociaux) si pas de selectio au nv du grp ou de l espece ?
*exemple de selection parentele : kin selection
A
- Il ya 2 moyens pour un gene d etre aug :
- directement -> aug le fitness
- indirectement -> par indv apparentes => favoriser l altruisme
- L altruisme peut evoluer si la perte de la reproduction est compensee par le benefice de celui qui beneficie d une acte altruiste : minimum 2x plus
- Crapeaud pied en beche :
- deux morph, omnivores et carnivores :
- la morph carnivore se dvlp qd il y a bcp de crevettes MAIS mange aussi ses conspecifiques
- prediction de kin selection : le tetard s il est carnivore devrait discrediter ses bebe ou s assc avec des indv non parentes s il est omnivore, s assc avec des indv apparentes
- la morph carnivore se dvlp qd il y a bcp de crevettes MAIS mange aussi ses conspecifiques
- deux morph, omnivores et carnivores :
- Salamandre :
- deux morphes, omnivore et carnivores :
- kin selection predit que moins de carnivore devraient es develpper dans des aqurm ne contenant que des indv apparentes
- deux morphes, omnivore et carnivores :
- Kin selection est un facteur primordial qui a permis l evolution de la cooperation che les animaux :
- opere car ce sont les genes qui sont les unites se reproduisant dd une generation a l autre
- Il est important de noter que parce que les genes se trouven dans le meme vehicule (organisme) ils ont generalement interet a cooperer (sauf a certains moments comme lors de la meiose) :
- c est lorgansime qui est generalement l unite sur laq la selection agit
- Jusq meiose, l interet de l indv et du gene est identq MAIS APRES la meiose, il y a un conflit genetq
- ATTENTION : KIN SELECTION EST SEULEMENT VALABLE POUR LES INDV APPARENTES
- Parfois la selection se passe a des nv plus eleves mais seulement lorsq peu de flux genetq :
- ce type de selection se passe entre espece avec elimination d une espece par une autre
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Q
Altruisme et cooperation : General
A
- L altruisme est freq dans la nature : comment l explq ? Il existe 4 mecas possibles :
- la selection de parentele (kin selection)
- Mutualisme
- manipulation
- Reciprocite
- La vie en grp amene bcp de benefices, les animaux altruistes ont un enorme succes sur le sniches ecologiques. Les fourmis corrspd a 10% de la biomasse de la Terre !
- La socialt a permis de mof notre env : la cause principale ayant amene a la vie sociale est le degre d apparente
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Altruisme et cooperation :
1- selection de parentele
* indv aidant un autre se passe lors de l investissement parental :
* un tel investissement s explq par le fait que la SN favo une transmission accrue du nombre de copies de genes d une generation a lautre
* o peut quntf la proportion qui a un ancetre commun par le coef de parente r :
* la parente d un facteur A et recipent B est egal a la prob qu un gene de A soit present dans B
* exemples d altruisme entre indv apparentes :
* les insectes sociaux :
* les males n ont pas de fils car viennent d ovules non fecondes : les males sont plus apparentes a leur mere
* le degre d apparentes entre fere/soeur : une moitie qui est tjrs abs chez le male (0,25)
* 2 soeurs sont +++ apparentes car plus que la moitie identique : 0,75
* le sexe ration chez les fourmis :
* la reine decide en ne fertilisant pas les oeufs donc males
* les fourmis voudrainet quel sexe ration qui va max la transmission des genes des ouvrieres :
* plus de femelles car plus proches entre elles = 1:3
* une ouvriere est 3x plus apparenteee a une souer qu q un male : mais si plus de femelles que de males, diminution des males et donc la proba d accouplement d un male est 3x plus elevvee mais les femelles ont 3x plus de chance d etre apparentee
* les ouvrieres pour reproduire plus de femelles tuent les males : manipuler le sexe ration
* Attention : les ouvriere ne comptent pas dans le sexe ration et la reine peut limiter le nombre de femelles
* Soulsiks :
* les femelles elevent 3-6 jeunes apparentes
* elles defendent pref des jeunes apparentes et elles emettent pref des cris d alarme lorsq des indv apparentes sont proches
* Chien de prairie :
* la proba de crier depend du context familial ?
* les males ont plus tendance a crier que les femelles :
* les chiens vont moins crier qd il n y aura pas d ind apparentes
* cient plus qd leurs bb mais aussi s il y a d autres indiv apparentes
* La selection de parentele necsst la capacite de reco les indv apparentes :
* diff meca posble : apprentissag et base genetq
* ici le nombre d agression dans 4 types de traitements :
1. freres- soeurs ensemble
2. feres soeurs separes
3. non freres- souers ensembles
4. non freres-soeur separes
* ce qui compte le plus est l apprentissa et non le lient de parente (indp du degre de parente)
* le degre d agression dimminue entre vrais freres et souers : la genetq pourrait jouer un role
* MHC : chez les souris on va voir si elles sont capables de se reco grc aux odeurs
* il y a un benefice si elles s accouplent entre indv diff
* on va genotyper les parents, puis les bb :
* regarde le taux d homozygocite qu on attendait par rapport au locus de MHC
* 44% de deficience d homozygocite
* moins que prevu
* Explications :
1. 2 indv avec la llele commun ne vont pas s accoupler :
1. proba d accouplement dependra de la frq des alles (70 alleles diff pour un gene)
2. homozygocite peut etre letale : exces d heterozygotes produits
3. la mortalite preferentielle pour les indv homozygotes (il ya souvent certains alleles qui sont en lien avec les pathogenes)
1. comment savoir cela ? : on prend une femelle avec le genotype AB et 2 males (AB ou CD) et voir avec leq elle s accouple (ou un male : 2 femelles)
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Altruisme et cooperation :
2- mutalisme
* les indv cooperent car chq retier un beneff immediat :
* la chasse chez le lion
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Altruisme et cooperation :
3- manipulation
* certains indv sont sont forces d etre altruiste
* ex : le coucou (parastitime intraspecifique)
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Altruisme et cooperation :
4- Reciprocite
* Reciprocite :
* lorsq le benefice d un acte altruiste pour le beneficiaire est plus grd que le cout pour celui qui le prodigue, les 2 indvd ont interet a s aider preciproquement :
* chez l humain, ce type d interaction est regule par l argent (le dilemme du prisonnier)
* Exemple d altruisme et de cooperation :
1. pontes chez les poissons hermaphrodites simultanees :
* en eetant un male, il a plus de chance de fertiliser des femelles
* plus de descendants donc plus de transmission des genes augmentee
* chacun voudrait etre un male, de plus les oeufs sont tres couteux en E
* la solution : chacun pond des oeufs et feconde cuex du partemaire : reciprocite, interaction
2. Regurgitation du sang chez la chauve souris vampire :
* les indv non nourris recoivent de la nourriture (ce qui n est pas la cas pour les indv nouris) : legere diminution du fitness de celle qui nourrit l autre MAIS pas trop grave car les indv d une caverne sont apparentes
3. Plusieurs exemples chez les primates et les papillons anubis :
1. les singes verts :
* presence d un male dominant qui monopolise les femelles :
* presence de males subordonnes, il est tres diff pour ces males de feconder les femelles. Ce peu de chance, risq de se faire att par le male dominant
* solution : un de smales subordonnes se sacrifie et tente de distraire le male dominant, pendant ce temps les autres males peuvent fecondes les femelles et/ou inverserment
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Traits de vie-vieillissement : General
-Quel sexe devrait on etre ?
* Un organisme est tjs confronte a des decisions et compromis :
* compromis croissance-reproduction : organusme a une qntt d E limite
* si la reproduction jeune, moins d E poiur grandir et donc moins de force pour se defendre
* compromis nombre de petits taille des petits
* allocation dans les fonctions males et femelles
* probleme du vieillissement
* De quel sexe devrait on etre ?
* de nombreux organismes (plantes, vers, poissons) peuvent changer de sex : qul est le sex optimal pour un age donne ?
* les organsimes peuvent changer au cours du tmeps :
* si un male dominant, il n est pas benefique d etre un subordonne.
* la meilleure strag est d etre male, emsuite d etre une femelle et pour finir, d etre un male subordonne
* En qq heures des changemens hormonaux s operent chez les femelles : develpm d un systeme reproducteur et degenerescence des ovaires
1. lorsq le succres reproductf aug aussi avec la taille corporelle chez les deux sexes, il n y a pas de selction pour le changement de sexe
2. un changement de sexe (femelle a male : protogynie) est optimale si le succes reprod du male aug plus fortement avec la taille que le succes reproducteur de la femelle
3. la relation inverse fav l evolution de la protandrie dans lq les males deviennent ffemelles qd ils grd a une grd taille
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Traits de vie-vieillissement :
-Pq les organsm vieillissent ils et pq varient ils dans leur longevite ?
1. duree de gestation joue un role, la gestation depend de la taille de l organisme (correlation avec la taille des organsm)
2. compromis entre la survie et la repoduction
3. duree de vie va dependre de la proba d etre mange par un predateur
4. selon l environnement :
1. peut etre critique (cf les plantes qui ne peuvent pas partir si presence de predateurs)
1. un moustq peut avoir une vie sympatq MAIS ne vit pas longtps a la base
5. correlation entre la taille et la longevite :
1. correle avec le meta (pett = plus eleves) MAIS pas le fact essentiel
6. les plus grd organsm auront leur maturite sexuelle plus tard car peuvent vivre longtmeps
7. pour survivre, un organisme doit pouvoir se reparer :
1. demande ++ E
2. on l enleve de la reproduction
3. plutot interet a mettre son E Dans la reporduction (si vivre peu longt car predateur)
* Un organsm est tjrs confronte a des compromis :
* quelle est l E a mettre dans le reproduction vs dans les meca de maintien et reparation ?
* Depend du risque de mortlt extrinsq (accidentelles). Si risque eleve, la meilleure strtg est d investir dans la reproduction elevee et precoce plutot que dans les meca de maintient et de reparation.
* Par contre si le risq est faible, ca vaut la peine d investir plus dans les meca de maintien et de reparation : evidence ?
1. etudes comparatives :
1. les organsmm avec une longue duree du vie : gros organsm, oiseaux (moins sensible a la mortalt extrinsq car vol : moins de predateur en l air qu au sol donc plus easy de s echapper dans un env en 3D qu en 2D), les chauv souris, tortues (vivent dans une carapc, un moyen de defense), molllsq, serpents (si venimeux limitation du nombre de predateurs)
2. etudes exp avec les drosophiles :
1. une diminution du taux de mortalite extrinsq aug avec la duree de vie max
2. au contraire une aug du taux de mortalie extrinsq diminue une duree du vie max
3. diminution aussi de la taille et entraine une diminution de l age de reproduction
3. Comparaison de la duree de vie entre les insectes sociaux et solitaure :
1. l effet de la socialite entraine une duree de vie fortement aug suite a l evolution de la socialite
2. la duree de vie est le fruit de la SN et il y a un compromis entre la reproduction et la maintenance de lorganisme
* Evolution de la socialite :
* longevite aug de 100x
* la longvt peut etre selectionnee :
* selectionner les org qui vivent plus longtemps
* si on selectionne un elongue longevt, declin de la fertlit
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Tester une hypothese :
Les 4 etapes
Les 4 approches
* 4 etapes :
1. observations
2. hypothess
3. predictions
4. tests
* 4 approches :
1. Optimisation
2. Comparaison intraspecifique
3. Comparaison interspecifiques
4. Experimentation
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Tester une hypothese :
Les 4 etapes
Les 4 approches : (!)
* 1- Optimalisation :
* ex : cb de temps rester a un endroit pour se nourrir avant de le quitter pour aller a un autre endroit ?Cb de temps pour s accoupler\>
* Hyp de la theorie du fourragement optimal :
* le comportement de fourragement des animaux a ete influence par la selection ant de sorte a maximiser le fitness
* le fitness aug avec une augmentation de l energie consomm
* on peut tester la theorie du fourragement optimal en observant des animaux dans un env proche de l env nat
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Tester une hypothese :
Les 4 etapes
Les 4 approches : (2)
* 2- Comparaison intraspecifique :
* ex : la couleur des epinoches
* males le splus colores sont les plus attractifs ? peut on conclure que les femelles choisissent les males d apres leur coloration?
* la reponse : NON
* probleme des variables correlees comme la taille, sexe..
* on peut essayer de tenir compte de ces variables coreelees mais il se peut tjr qu on ait pas tenu compte d une variable import
* Dans le cas de Milinski et Bakker demontration partielle par manipulation de la lumiere. Comment tester l effet de la danse nuptiale chez les poissons ?
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Tester une hypothese :
Les 4 etapes
Les 4 approches : (3)
* 3- Comparaison interspecifiques :
* ex : taille du cerveau
* pq est ce quil y a de grandes diff de taille de cerveau entre especes ? Peut on comparer la taille du cerveau entre especes et chercher des correlations avec dautres facteurs??
* Pb avec conparaisons interspe :
* causes et effets
* variables liee taille, metabo
* non independance des especes (especes proches du point de vue systematique sont proches du point de vue de leur ecologie heritage commun
* ex : taille du cerveau des mammf
* pb de l effet de la taille et de la phylogenese
* pb de la taille parait trivial mais pas tjr evident
* ex : taille du cerveau chez la femme et l homme (taille cerveau correlee avec la taille)
* les animaux qui sont proches au nv systematq sont souvent similaires ; ecologie similaire, meme heritage evolutif.
* les seuls animaux qui allaitent dans l eau sont ceux qui remontent a la surface pour respirer
* comme ceux terrestre. peut ton conclure quil est neceess de respirer pour allaiter????
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Tester une hypothese :
Les 4 etapes
Les 4 approches : (4)
* 4-Experimentation :
* souvnet la seule methode pour la verification directe de liens de causalite
* pb de condition artificielles
* pas tjr possble de tester experi
* par contre possible de tester facteurs nfluencant le choix des femelles
* Il faut etre tres vigilant lors du design exp
* pb de la partialite lors de :
* analyse des donnees
* copie des donnees
* recolte des donnees
* ex : rates de Harvard, rats virtuoses et rats stupides (Rosenthal, experimenter effects in behavioral research)
* il faut etre tres vigilent durant toutes les etapes d une exp et dans la mesure du possb faire tout le trvl en aveugle
* non independance des points ;
* utls a plusieurs reprises du meme ind dans une exp (rats dans le choix des odeurs, choix du parteniaire, genetique de plusieurs individus d une famille)
* les indv des gorupes compares varient dans des caract autres que celui que l on veut comparer
* ex : plusieurs indv d une colonie de fourmis ou comparer l effet d un produit sur les rats en les testant d abord produit 1 et produit 2 - effet de temps)
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L'evolution moleculaire : debut du concept
* corrsp a l etude de l evolution des molecules (ADN, ARN, prot) mais aussi a l etude de l evolution des organsimes en itls des donnees moleculaires.
* Emil Zuckeerrkandl et Linus Pualing pubilent 1965 la decription du concept de base de l evolution moleculaire. Ils enoncent les principes de bases et disent que les phylogenies moleculaire les plus informativ, universelles seront constuites avec des modeles sematophronetiques
* lors de la publication la biologie evolutive est a une periode charniere. Cer article marq pour bcp le debut de l evolution moleculaire
* les molecules semantophoretiues (semantides) sont des molecules qui transportent l informations des genes transcrits : ADN, ARNm, polypeptides (proteines)
* La comparaisons des rendements de molecules semantophoretiques homolgues donne des info sur :
* le temps approximatif de l existence de lancetre commun de toutes les especes
* la seqc de molecule d interet chez l ancetre
* la maniere dont les changements moleculaire apparissent le long des diff branches des phylogees
* Zuckerkandl et Pauling ont compares la diff en aa chez deux individus pour l hemoglobine.
* Ils ont obs une droite cad que les changement dans la seq prot de hb sont constt au cours du temps.
* on a le meme constat pour le cytochrome C et les fibrinopeptides maiis le taux d evolution est plus rapide pour le sfibrinopeptides
* pour le cytochrome c sil y avait trop de changement : la prot ne serait plus actv comme elle devrait l etre
* cf image :
* concept horloge moleculaire
* sur l axe on obs le nombre de diff et sur l axe x le tmeps de divergence entre les especes
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Rappels sur les genes et les genomes
- gene ?
- cb?
- qntt adn ?
- cintrole acvt genes?
- element reg transcr?
* le genome est l ensemble du materile genetique (info genetq = base de l heredite) d un organisme.
* le genome nuleaire est l adn contenu dans le noyau et le genome mitoc est le genome contenu dans les mitoc
* la plupart des espec vivantes ont des genomes a adn certains virus ont des genomes a ARN (virus de la grippe)
* La taille du genome n est pas correlee a la complexite de l organ
* le genome des proka est generalement plus pett que celui est euka
* l homme n a pas la taille de genome le plus grand
* Homme : 4.5 Gb ≠ amoeba dubia : 675 Gb
* Quest ce qu un gene ?
* def predom au 19eme siecle :
* le gene eset l unite de base de l heredite
* def liee au concept de ggenetq
* Def act :
* un gene est une seqc de nucleotides qui est transcrite pour generer une molecule d ARN qui eventuellement peut etre traduite pour generer une prot.
* un gene est un locus dans le genome qui peut etre transcrit en ARN et traduit en prot
* Cb a ton de gene ?
* l homo spaiens a env 20 000 genes. Les chercheurs s attd a trouvent env 100 000 genes car ils ne savainet pas comment explq notre divergente sur diff points avec seulement 20 000 ggenes
* E coli :
* 4 000 genes
* 4.5 millions de nucleod : 1 gene pour 1 000 nucleo
* Homos sapiens : 20 000 genes
* 3 miliards de nucleotd : 1 gene pour env 150 000 nucleotd
* pq cette diff ?
* simplicite des genes proka
* complex des genes eula
* les euka ont des ggenes avec des exons, intron, l arn est episse avant d etre trad en prot
* Nombre de genes et qntt d ADN :
* les exons des genes constt 1,5% du genome humain
* les introns des genes comptent pour 30% du genome hum
* Quest ce quill y a dans le reste du genome ?
* Genes non codants :
* ARNs ribo
* ARNs de transf
* Micro ARNs :
* qq dizaines de nucleotides. se lient aux molecules d ARN et qui modulent l expression des genes
* Longs ARNs non codants :
* semblent etre associees sur l emergence de certaines maladies
* Pseudogenes :
* genes qui sont devenus non fonctionnels suite a des mutations dans leur seqc (mutation telles que deletion/addition ce qui rend le gene silencieux)
* Pq peut on se permettre de perdre des genes ?
* Poisson aveugle :
* accumulation de mutations dans les genes codant pour les opsines (photosensibilite) car ce n et pas utile d avoir des yeux pour des poissons vivants dans les carvernes
* 2 interpretations :
1. ssi les muttions apparaissent dans les genes qui codent pour les yeux et que les mutations n affectent pas le succers reproducteur de la fitness alors les mutations s accumulent (selon les neutraliste)
2. si les mutation s accumulent ca procure un avantage selectf car l energie peut maintenant etre fournie ailleurs que dans les yeux
* Donc : les genes peuvent etre perdus au cours du temps et des especes
* Controle de la ctv des ggenes :
* les nv d act (ou d exp) varient d un gene a la utre et les nv d act (o d expression) varient entre les types cellulaires
* Element regu de la transcription :
* promoteur : en amont d un ggene
* element activateur : FDT
* element represseur : vont par exemple se lier au promoteur pour reduire a neant la transcription de ce gene
* element transposables :
* meca couper coller : il se deplace a une autre position dans le genome
* meca copier coller : il cree plusieurs copies au cours du temps, qui peuvent s inserer ailleurs dans le genome
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elements transposables
* Controle de la ctv des ggenes :
* les nv d act (ou d exp) varient d un gene a la utre et les nv d act (o d expression) varient entre les types cellulaires
* Element regu de la transcription :
* promoteur : en amont d un ggene
* element activateur : FDT
* element represseur : vont par exemple se lier au promoteur pour reduire a neant la transcription de ce gene
* element transposables :
* meca couper coller : il se deplace a une autre position dans le genome
* meca copier coller : il cree plusieurs copies au cours du temps, qui peuvent s inserer ailleurs dans le genome
* Types d elements transposb :
* retrotransposons :
* elements transpossons a intermediaire ARN.
* les elements sont transcrit en ARN ensuite retrotrascrits en ADN et enfin ils se mettent a un autre endroit du genome : font copier coller
* ADN transposons :
* font copier coller
* LTP : longue rep termn
* ADN egoiste ?
* plus de 40% du genome humain est const d elements transposble
* la taille du genome est corelee au nombre d elements transposables
* Role des transposont dans l evolution
* rep de l aug de la taille du genome
* transmission de genes de resistance (bact)
* alteration de lexpression de genes : peut amener a une variance de le xpression des genes qui peut etre benefq pour leur porteur
* contribution aux rearrangements genmq : translocations, inversions..
* aug locale du taux de mutations
* Les elements transposables sont des accelerateurs de l evolutions
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Nouvelles tecn moleculaires et leur application pour l etude de l evolution
* sequencage de genome :
* le seqncg du genome permet de determiner la seq de nucleotd dont ile est compose
* le premier genome seqc est le bacteriophage øX174 en 1997.
* ils avaient utls une approche par synthese du brin complementaire
* en 2001 pour le seqc ils ont coupe le genome en grande regions qu on clonait dans des bact et on seqc ces grd regions par methode de type Sanger. Enfin on reconstituait la secq genomq
* cette technq a mis 13 ans pour 3 miliaird de $
* methode de l entreprise adverse :
* couper le genome en petits morceaux, les seqc et develp des outils bio informatq qui permettent d aligner les petits fragm en un grand
* cette tecqn est diff pour le genome humain car bcp de seqc sont repetees
* en 2018 :
* plus de 10 000 ggenomes complets de bact
* plusr centraines de genomes complets de verteb
* de nombreux projets de seqc en cours
* La couverture d un genome : qd on seqc un genome plein de fois
* methode de seqcg n est pas infaillible et fait des erreurs a un certain taux donc besoin de faire une couverture du genome
* Genomes de ref et genomes indv :
* la seqc de ref du genome humain :
* melange ADN d une dixaine d indv, les alleles majoriatires sont retenus
* genomes perso : variations spe a chq indv
* Determination des processus de mutation :
* seqc de trios parents-enfants :
* identfcation de nouvelles mutaitons
* interet medical mais aussi pour l evolution moleculaire
* Struct genetq de spop humianes :
* de quelle maniere la distribution genomq se place geo ?
* la geographie est un determinant imp de la variablite genetq dans les pop
* Seqcg de genomes anciens :
* on est phenotypiquement tres diff des hommes de neandertal
* a partir d un echantillon de l ADN mitochondrial on a fait des comparaisons :
* on pourrait croire quil n y apas eu d echange genetq entre homme archaique et l humain
* mais c est rejet par une etude qui confirme quil y a eu un echangeg
* les echanges entre homme moderne et l homme archq existent depuis 150 miles ans
* Relations de parent entr especes :
* Quelle est l espece l aplus proche de l homme ? L echimpanze
* relation de parente des primates :
* pour determiner la date de separation des branches des diff hominides, l utlis des sqc d ADN mito des especes est suffisante
* relation de parente entre mammf :
* pour determin la date de separation de sbranches des diff mammf, il faut cette fois utls des molecules telles que les prot
* en effet celles ci possedent assez de prodondeut et d info de parentes sans avoir de prb lies aux mutations de meme site, comme dans la seqc d ADN
* L homme et l echimpanze : des especes soeurs
* le chimpanxxe est l espece la plus proche d el homme
* l homme est l espece la plus proche du chimpanze
* le dernier ancetre commun de l homme est le chimpanze vivant il y a environ 6-7 milions d annees
* depuis ces ancetres communes les especes ont toutes les deux evolutes de maniere independantes :
* le chimpanze n est pas moins evolue que l homme !!!!!
* c est seuleemtn nos caract qui sont plus evoluees
* le dernier ancetre commun de l homme du chimpanz et du gorille vivant il y a 8-9 milions d annees
* Seqc de transcirptome :
* determn l abs des ARNs (ARNm ou ARNs non codants) dans un certain tissu (ou cellule)
* comparaison entre tissus, conditions, especes
* Evolution de lexpression des genes :
* comment determn la maniere dont les genes s expriment dans diff especes et diff organes ?
* exp realisee :
* expression des genes, mesuree dans 6 organes et 10 especes
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Mutations et evolution
\*variations moleculaire
* les mutations sont un changements dans le matereil genetique (ADN, ARN) d un organisme
* Les mutations generent de la variabilite
* Mutation = evolution ???
* Peut il y avoir mutations sans evolutions ? Peut il y. avoir evolution sans mutations ?
* non dans les deux cas
* Les mutations generent la variabilite dans le sgenomes et ces mutations permettent aux pop d evoluer dans le temps
* Variations moleculaires :
* ~0,1 % de diff dans la sequence d ADN entre deux humains (= 1 substitions dans 1 000 nucleotides)
* Les diff nucelotides sont dues aux mutations qui sont maintenant preservees dans le genome auj
* Deux processus evolutifs :
* Derive genetqieu
* corrps a un processus aleatoire qui echantillonne a chq generation des caract.
* le derive ne prend pas en compte le fait que les changements qu elle opere amene un avantage ou un desavantage a la population
* Selection nat :
* certains alleles ne vont pas etre choisi pour les generations futures et donc perdus ou au contraire etre choisis et perdurer.
* ainsi la derive generituqe on peut aboutir a la perte ou la fixation d allele
* tous les alleles ne sont pas adaptes a l environnement certains ne vont donc pas passer la barriere.
* au contraire ceux tres adaptes sont sur de passer
* ce filtrage enleve les alleles desavantageux et promeut les mutations avantageuses
* l effet de derive genetq est prop au nombre d allles tires dans la generation precedente
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Mutations et evolution
\*mutation et evolution
* Pour l evolution seulemetn les mutations transmises a la generation suivantes sont importantes
* chez les animaux : distinction cellules somatique/cellules germinale
* Les mutations dans les cellules germinales peuvent provoquer des maladies et avoir un effet dramatq chez les indiv (cancer)
* Lese mutions qui ont lieu sur les ceullules somatiques n ont pas d impact car ces cell ne sont pas transmises aux generations suivantes
* Evolution sans mutation de lADN : heredite epigenetique (idee tres controversee pas de preuve definitive pour l instant)
* Processus de mutation :
1. origine moleculaire des mutations
2. types de mutations
3. frqc des mutations
4. variations des taux de mutations
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Mutations et evolution
\*la replication de l ADN est mutagene
* lors de la replication de l ADN, ADNp fait parfois des erreurs :
* cela peut produire une mutation
* l exonuclease reco l erreur de l ADNp et retir la base du mauvais appariemment
* ensuite ADNp corrg l erreur mais ce processus peut qd meme induire des mutations
* Les tautomeres sont des isomeres struct (isomere pouvant recevoir des nucelotides)
* les nucleotides sont normalement dans la forme enor mais sils sont dans la forme ceto, les prop d appariemment changent et ADNp proposera d apparier une base diff de celle quelle devrait normalement apparier
* La replication dADN est la 1er raison de l apparition des mutations
* Facteurs envi :
* rayonnement UV : formation de dimeres de pyrimidine pas d appariement replication de ADN bloquee
* Mutations spontanees :
* nucleotide peut subir une methylation ou une desamination
* si la cyotsine nest pas methylee et quil y a une desamination de la cytosine, les prop d app sont modf et ADNp va mettre un uracil a la place de la cytosine
* or l uracil n est pas une base existante donc ADNp peut reparer son erreur. C est ce qu on appelle une reparation efficace
* si la cytosine est methylee et quil y a desamination de la cytosine les prop d appariemment sont aussi modf mais l ADNp va mettre une thymine a la place de la cyyosine.
* or la thymine est une base existante donc d lADN polymerase ne va pas se rendre compte de son erruer et ne la corrg pas
* reparation inefficace
* mutations spontanees : desamination de la cytosine methylee est tres frq, genere des mutations C-\>T
* Mutations ponctuelles ;
* il existe 2 types de substi :
* transitions
* transversions
* on constt quil y a deux fois plus de transversion possbl que de transitions (cf image)
* Mutations a pett echelle :
* les mutations a pett echelle peuvent faire des changements du cadre de lecture
* inversion
* insertion
* duplication
* deletion
* Mutation a large echelle :
* duplication en tandem d une region genomique
* obtention dun fragment d ADN avec 2 copies du meme gene
* ce processus aboutit a des familles de genes qui sont tres frq dans le genome humain
* duplications du genes par retro transposition :
* copie d un gene parental vers une retro copis
* grace aux elements transposables (qui codent pour la reverse transcriptase) cas ARNm peuvent etre tetro transcrit en ADN et ADN peut etre integre dans d autre region du genome
* le retro transposition induit la mutation et ce processus contribue a l emerge de nouveaux genes dans le genome
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Mutations et evolution
\*types de duplications de genes
* Diplication en tandem :
* struct du gene conserveee
* les deux copies sont initialement identiq
* on ne peut pas savoir lequel est le pere ou le fils mais l avantage c est que le gene est copie avec tout ce quil faut pour fonctionner
* Retro transposition :
* on peut distinuer le gene parental et al retro copie
* retro cpoie sans introns
* le promoteur et les autres elements regulateurs en cis ne sont pas dupliques
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Mutations et evolution
\*duplications completes de genome
* la duplication du genome entier est un processus associe a une aug de la diversite foncctionnelle et phenos de ces especes
* Rearrangements chromq :
* cf image
* deletion
* inversion
* translocation
* Fusion/fission de chromosomes :
* il y a des regiosn syntenique (position des genes homologues) pour le chrom 2 de l humain et le chroms 2A et 2B du chimpanze
* fusion de chroms dans la lignee humaine :
* depuis l ancetre commun de l homme et du chimpanze il y aeu une fusion des chrm 2A et 2B chez l homme
45
Mutations et evolution :
\*Comment mesurer la frq des mutations ? A quelle vitesse ces mutations s accumulent dans le temps ?
* Pedigree :
* on seq le genome du pere, de la mere et de l enfant et on compte le nombre de mutations chez l enfant qui sont abs chez les parents
* cela donne un taux de mutations par generations
* si on le fait un certain nombre de fois ce nous donne une moyenen du taux de mutation
* le resultations est de 30-40 mutaiton en moyenne par enfant
* Mutaitons hominides manquantes :
* on compte le nombre de mutations manquantes et on determine le taux de mutations par annees
* la diff est de produire une seqc d ADN sans erreur et sans fragmentation qui est representatif des hommes archaiques
* technq relativement peu utls
* Phylogenetq :
* fait le taux de mutations par annees
* c est plus facile de faire un taux de mutations par annees que par generations popur la comparaison car le temps de generations chez l homme et le chimpanze est tres diff
* Maladie :
* les mutations sont ass a des malaides genetq
* en comparant la maniere dont la maladie se disperse dans la pop on peut exprimer la frq de la maladie
* technq relativemetn peu utls
* Mutations dans les regiosn auto zygotes
46
Mutations et evolutions :
\*Frq des mutations ponctuelles
* cf entre la methode et le nombre de mutations par base par generation
* il y a entre 30-40 nouvelles mutations entre un enfant et ses parens. Ce nombre varie selon le type de trio seqc. Ce sont des changements subtils mais l ordre de grandeur reste similaire
* Les transversions sont ++ frq dans le genome
* le processus de mutation genere les mutations mais c est la derive genetq et la selection nat qui decicent si les mutations persistent ou non
* La plupart des transversion aboutissent a des mutations non synonymes cad quil y a changement d aa.
* Les transitions aboutissent a des mutations synonymes donc ca n a pas de conseq sur la seqc d aa mais sur la fonction de la prot
47
Mutations et evolutions :
\*Points chauds de mutation : CpG
* La methylation des cytosines a lieu preferentiellement dans un context 5'- CpG-3'
* Est ce que le processus apparait partout dans le genome ?
* non il apparait dans un context CpG : C suivi d un G
* mutations C-\> T dans les dinucleotides CpG
* La methylation des cytosines est une maniere de reguler la transcription
* La cytosine methylee empeche l appareil de transcription de se lier au promoteur et d initier la transcription du gene
* C est un processus de degense du genome contre les elements transposables car les elements transposables ont des genes qui leurs permettent de transcrire des enzymes
* en methylant les sites CpG dans un element transposables les sites empechent les elments transposable de se transposer
* Le taux de substitution est 10 fois plus important pour les CpG que pour les non CpG
* les sites CpG sont des points chauds de mutations
48
Mutations et evolutions :
\*Methylation des dinucleotides CpG
\*Variation du taux de mutaitons :
\*Les mutations sont elles aleatoires ?
* Chez les mammf la methylation de la cytosine a lieu preferentiellement dans les dinucleotides 5'-CpG-3'
* Taux de mutation eleve dans les dinucleotides CpG
* Avec le temps : disparition des dinucleotides CpG
* Ilots CpG :
* regions relativement riches en CpG (suite de CGCGCGCGCG)
* on peut penser que la distribution est aleatoire mais qud on regarde la distribution dans le genome elle ne l est pas ca correspond souvent a des promoteurs car cytosine peuvent etre methyle pour eviter la mutation ????
* GS isochors :
* long segmeent de chromos (\>100 kb) caract par un fort degre d uniformite dans les nv de composition GC (concentration G et C similaire)
* 5 familles diff
* la distribution des isochore est coreeelee avec :
* la densite de gene
* le temps de replication
* le taux de recombinaison
* Explication spossble :
* processus de mutations variables entre les regiosn genomq
* exigences spe pour la compo en nucleotides des genes humains
* stabilt thermod
* GC est plus stables que AT pour avoir une stab thermo il faut avoir un certain nombre de GC
* conversion de gene biaisee
* 1000 genomes humains portent des signatures etendues de conversion genq biaisee par GC
* la correction est biaisee en faveur des GC
* ce proces re introduit les GC perdus plus tot
* Le taux demutation est diff pour les deux sexes
* Le taux de mutation est plus rapide chez les hommes car dans la spermatogenese il y a plus de divisions cellulaires que dans loogenese
* Le taux de mutations aug avec l age de reproduction
* Les prob genetq chez un enfant sont aug avec l age du pere comme de la mere (cf image)
* On a ue diff entre mutations entre les autosomes et lse chroms sex :
* l effet de derive genetq est plus frrot sur le y que sur le x ou que surle sautosomes donc ona une evolution bcp plus rapide chez les femelles que chez les males
* importance de l effet : autosomes
* Pluson tire d elements dans la generation precedente moins il y aura de diff
* Le taux d evolt sur les autosomes est moins grd que pour x qui est moins grd que pour y
* Taux d evolt : autosomes \< x\< y
* Taux de mutation varie entre chrms
* la distribution des genes dans les K est diff : le KY porte le nombre de genes le plus faible dans notre genome
* Variation du taux de mutaitons :
* frq des mutations est diff entre transitions et tranverstions
* le taux de mutation depd du context genomq : hyper mutatblt des dinucelotides CpG
* Le taux de mutation est diff entre males et femlles chez les mammf il est plus eleve chez les males
* Le taux de mutation varie entr chrm : Y\> autosomes \> X
* Les mutations sont elles aleatoires ?
* la distribtuion des mutations dans le genome n est pas unifrome (points chaud de mutation)
* certains types de mutations sont + frq que d autres (biais de mutation GC-\> AT \> transition \> transversion\_
* Les mutation arrv par hasard cad quel effet de la mutation ne dertermn pas l evenemt mutationnel
* c est une fois des mutations faites que la selection choisit de les fixer ou de le supprimer
* les mutations sont aleatoires seuleent par rapport a leur efet sur la fitness
* les mutations avantageuses n ont pas plus de chances de se produire queles mutations deleteres
49
Selection :
\*Selection nat et effets sur la fitness
* La fitnesse est relative a un indiv : on associe a un indv une mesure de fitness
* finess ~ nombre d edescendants aux generations suivantes
* la fitness depend de la prob de suivie jusq l age de reproduction et la fecondite de l indv
* Mutation neutre : pas d effet sur la fitness
* Mutation avantageuse : effet positif sur la fitness (++ enfants)
* Metation deleter : effet neg sur la fitness (induction de la mort de l indv dans son enfant ---\> mort sans descendants)
* Selection positive : fixation d un allele avantageux (selection ant qui conserve les indv possd une mutation avec un avantage)
* Selection neg : elimination d un allele deletere (selection nat qui enelve les indv possedant une mutation avec un desavantage)
* Les selections sont un effet soit de la derive genetq soit de la selection ant
* On peut avoir la fixation d un allele neutre (qui n affecte pas la fitness) ou meme d un allele faiblement deletere (derive gentq)
50
Selection :
\*Fixation des mutations
* on a une mutation dans la lignee germinale qui aboutit a un allele derive
* ensuite stade de pollymorphisme = indv porte soit un allele derive soit un allele ancestral
* enfin fixation de l allele derive
* ex typq d une selection positive
* on a une mutation dans la lignee germinale qui aboutit a un allele derive mais cet allele derive est elimine.
* Ce n est qu un etat transitoire dans la pop
* ex typq de selection neg
* Coef de selction s (positv ou neg)
* noir + noir : fitness homozygote allele ancestral = 1
* noir + rouge : fitness heterozygote = 1+ s
* rouge + rouge : fitness homozygote allele derive = 1+2s
* Prob de fixation :
* P = (1-e^-4Nsq)/ (1-e^-4Ns)
* N : nombre d indv diploides dans la population (si population idealemm panmixie)
* q = frq initiale de l allele derive dans la pop (q est souvent egal a 1/2N)
* mutation neutre : s~0
* e\*\*-x~ (1-x) pour des valeurs de x proches de 0
* p ~ q
* la proba de fixation d un allele neutre est egale a sa frqc initiale dans la pop
* une mutation neutre arriv et est transmise celle ci genere un nouvel allele sur les 2N alleles de la popo donc la proba de fixation vaut 1/2N
* une mutation meme si elle est neutre a une proba de rester dans la pop qui est tres faible
* plus le coef de selction aug pour un allele avantageux plus la proba de fixation est grande : relation quasi liineaire
* mutation avantageuse : s\>0
* la proba de fixation aug avec s
* mutation deletere : s\<0
* la proba de fixation est tres faible, diminue qd s diminue
51
Selection :
\*Effet de la taille de la pop
* 1er s : probabilite de fixation d une mutation neutre
* 2eme s : probabilite de fixation d une mutation avantageuse : on voit que peut importe le N elle vaut la meme chose
* 3eme s : proba de fixation d une mutation deletere : cette proba augmente qd la taille de la popu est faible
* La taille de la pop influence la probabilite de fixation
* Taille de pop reduite = plus de hasard derive genetq cad que si s\< 1/2N---\> la derivee genetique est preponderante
* Taille de population elevee = selection naturelle efficace cad que si s\> 1/2N -----\> la selection nat est plus efficace
* Pour des tailles de pop on peut avoir fixation de mutations (faiblement) deleteres
* Ex :
* maladies genetq au Quebec
* il y a une forte incidence de maladie genetqieu au Quebec lie a l histoire de la colonisation du Quebec
* la colonisation commence au 17eme siecle et se fait par mouvement progressifs. A la fin de la colonisation il y a environ 8 000 colonisateurs au Quebec, c est une immigration massive
* Ces mouvements progressf ont cree des petites population diff les ujnes des autrse : effet de derive genetq est tres important
* les mutations a effet faiblement deleteres se sont accumulees dans la region St Jean/Charlevoix :
* ces mutations ne tuent pas mais entravent le succes reproducteur des indv qui l ont
* Ex :
* notre espece d auj correspond a une speciation a partir d un homo erectus
* une sepciation est souvent due a une reduction de la taille de la pop
* Notre diversite genetq correspond a une population de taille N= 10 000 indv
* Ex :
* la domestication a eu lieu sur des animaux avec des caract interessentes pour l homme (lait, docilite)
* La domestication a 2 effets :
* Toutes les mutations associees au criteres d interet corrrpd a un autostop cad que l alllele d interet envahit toute la pop
* on fait se reproduire les individus qui sont consanguins
* Effet direct : augmentation des mutations deleteres par choix de certaines caract
52
Selection :
\*A la recherche de la selection nat dans les genomes
-le code genetique
* Le code genetique possede une forme de redondance :
* plusieurs codons codent pour le mee aa
* la redondance permet d associer un effet a chacune des mutations
* Mutation non synonymes non sens : (induit une fin prematuree)
* CAG -\> TAC His ---\> Tyr
* Mutations synonymes : (aucune effet sur la composition en aa du produit du gene donc aucun effet sur la prot)
* CCC -\> CCT
* Pro ---\> Pro
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Selection :
\*A la recherche de la selection naturelle dans les genomes
- Positions synonymes et non synonymes
* Position parfaitement synonyme : toutes les mutations conservent l aa
* Position parfaitement non synonyme : toutes les mutations (au deuxieme nucleotides) changent l aa
* 25% des mutations possibles sont synonymes
* 75% des mutations possibles sont non synonymes
* La proportion des mutations change en fonction des positions
* L APOBEC3G est implique dans l immunite et le virus HIV.
* cette prot contribue a la deamination des cytosines dans les ARN simple brins (mutations dans ARN simple brin) et induit une hyper mutabilite des genomes (hyper mutation du virus HIV)
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Selection :
\*A la recherche de la selection naturelle dans les genomes
-Substitutions synonymes/non synonymes
* On mesure les differences entre especes = mutation + selection naturelle (+ derive gentique....)
* dS = taux de substitutions synonymes (nombre de substitutions synonymes / nombre de position synonymes)
* dN = taux substitutions non synonymes (nombre de substitutions non synonymes / nombre de positions non synonymes)
* On arrv a comparer des rapports qui devraient etre similaires
* dS et dN sont normalises par rapport aux nombres de positions synonymes et non synonymes dans l alignement de seqc
* si dN = dS : la selection nat agit au meme
* cf image
* rythme sur les mutations non synonymes et les mutatuions synonymes
* Les mutations non synonymes ont plus de chances d avoir un effet sur la tines que les mutuations synonymes
* Si l on admet que les mutations synonymes sont neutres :
* dN/dS \< 1 : la plupart des muations non synonymes sont deleteres et ont ete eliminees par la selection negative
* dN/dS \> 1 : les mutations non synonymes sont avantageuses et ont ete fixees par la selections positive
* dN/dS =1 : les mutations non synonymes sont neutres
* Le role preponderant de la selection nat est d enlever les mutations deleteres et dans de rare cas elle fixe un allele avantageux
* Qunad a t on dN/dS \> 1 ?
* la plupart des dN/dS sont sup a 1
55
Selection :
\*Quelle espece a eu plus de selection positive ?
* On pourrat se dire que la selection est meilleure chez l homme que chez les chimpanzes car il y a bcp plus d hommes que de chimpanzes mais c est faux
* Hommes : 154 genes avec dN/dS \>1 dans la lignee de l homme
* Chimpanze : 233 genes avec dN/dS \> 1 dans la lignee du chimpanze
* La taille (efficace) de la population est plus grande chez le chimpanzze que ches l hommes ----\> selection naturelle plus efficace chez le chimpanze
* Taille de population = taille historique (cad que ce n est pas en fonction du nombre d individus vivant actuellement c est une moyenne qui donne plus de poids aux tailles les plus petites)
* Migrations goulots d etranglements
* La taille efficace de la pop est plus elevee chez les chimpanzes
56
Selection :
\*Histoire des primates
* Avec uen exp on a essaye de caract la variabilte genetq des orang outan et de la comparer avec celle des humain
* cette exp a montrer le nombre de mutation qui ont abouti a trans un gene en pseudogene
* l experience a aussi permis de mieux dater les moments de divergence entre les primates
* La selection positive peut ere qq chose qui ajoute qq chose de nouveau ou alors qui enleve qq chose d ancien mais le nouveau resultat aboutit a une amielioration genetq chez l espece
57
Selection :
\*Biais d usage des codons est lie a l abondance des ARNt
* On cosiderait que comme une mutation synonymes n avait pas d effet sur la sqc de la prot, alors elle n avait pas d effet sur la fitness et donc quelle etait neutre : MAIS C EST FAUX
* Pour E coli : il ny a pas une repartition uniforme des codons pour l aa Leucine
* il y aune prof pour CUG
* Pour S cerevisias : c est un autre type de codon qui est pref
* La selection nat prefere maintenir les codons CUG dans les genes car ils correpondant aux ARNt les plus abondants dans la cellulae donc ca aboutit a une trad plus rapide
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Selection :
\*Selection traductionnelle
* Les codons synymes ne sont pas tous utls a la meme frq : usage des codons biaises
* Codon optimal : ARNt plus abondant, traduction plus rapide
* la selection trad est forte chez les proca et chez les euca unicell mais pas chez les vertb
* Meme si toutes les mutations synonymes ne sont pas neutres, on continue d utls dN/dS
59
Selection :
\*Selection sur les seqc codantes
* dS = taux de sibstitution synonymes
* dN = taux de substi non synonymes
* dN/dS = 1
* pas de selection (evolution neutre)
* dN/dS \< 1
* selction neg
* dN/dS \> 1
* selection posivt
* Comparaison de seqc entre homme et souris :
* il y a une mesure compatible avec les roles que les produits de ces genes ont dans le genome de ces diff especes
* la selction nat a pour action sur ce gene de maintenir le seq d acc. Elle enleve les mutations non synonymes de ces seqc struct pour assurer leur fonction
* A la fois elle enleve les mutations nefastes et promeut les mutations positives qui permettent a l espece de s adapter a l envi
* Role majeur : purger les mutations deleteres
* Un gene qui evolut tres rapidement est un gene implq dans l immunite :
* il evolue rapidement car il doit se defendre rapidement contre les virus/bact
60
Selection :
\*Relaxation de la selection naturelle
* Comparaison pour le gene codant pour å-crystalline (prot qui se trouve dans le cristallin des yeux des mammiferes et qui assure la transparence du cristallin)
* pour souris rat taude : dN est largement plus grd ----\> il y a une relaxation naturelle avec effet negatif
61
Selection :
\*Genes sous selction positive
* Idee principale : voir de quelel maniere l evoltion de la branche humaine differait des autres branches
* Pour A : 400 indivus sur 16 529 mettainet en evidence des mutations positives (cad que dN/dS \> 1 sur la branche coloree)
* La branche humaine nest pas associee au plsu grd nombre de genes sous selection positive
* Les genes sous selction positives sont des genes impliques dans l immunite, dans la defense et dans la perception sensorielle
62
Selection :
\*Selection sur les promoteurs des genes :
* les elements regulateurs sont essentiels a la transmission efficace de versions codantes du genomes donc la selection agit aussi sur ces elemtns
* Adaptation du test dN/dS a des seqc regulatrices
* Region neutre = introns
* Taux de substitution introns : di
* Taux des substitution promoteur : dP
* dP \< di selection neg (elimination des mutations deleteres)
* dP \> di selection positive (fixation des mutations avantageuses)
* dP = di evolution neutre
63
- Evolution des promoteurs des genes
* Autour du site d initiation de la transcription la mesure de conservation (1-dP/di) est positive dP/di \< 1
* Les promoteurs des genes sont soumis a la selection neg qui elimine les mutations deleteres
* On a un pic au nv du site d initiation
* C est une mesure de conservation et pas une mesure de changement
* Le pic de conservation est bcp plus important que chez les primates
* ce resultat est explq par le fait que la taille efficace chez les rongeurs est plus grande que chez les primates
* La selection neg est plus forte chez les rongeurs que chez les primates
64
- Motifs regulateurs de l epissage (qq chose qui doit etre consev)
* Sites d epissage : motifs GT-AG dans plus que 95% des cas
* Motifs activateurs et/ou represseurs de l epissage dans les introns et les exons
* Position des motifs regulateurs pres des frontieres exon/inron
* Conservation de elements reg de l epissage :
* on a un pic de conservation au nv des frontieres exonique/introniq
* c est l indication de l effet de la selection nat sur ces sites d epissage
65
- Mutations synonymes qui affectent l epissage
* Creation d un nouveau site d epissage changement du cadre de lecture
* Ex de maladies :
* une mutation au nv du gene ATM aboutit a une disruption du site d epissage 5' ce qui conduit a un deficit immunitaire severe
* ESE disrupted aboutit a une maladie qui est autosomale dominante qui predispose au cancer du colon
* L usage de certains codons montrnet un certain biais dans les regions exergonq/intronq car il faut conserver les regions actv de lepissage dans les regions exonq
* Obs d une proportion GAA plus important que GAG a mesure qu on se rapproche de la frontiere
66
-Selection sur les regions non traduites
* cf image
67
- Sequences ultra conservees dans les UTRs
* Decouverte de seq fortement conservees entre espec dans les regions non traduites des ARNm
* les mutations ont ete eliminees par la section neg
* On ne sait pas a quoi ces regions corrp mais on fait l hypothese quelles servent a la regulation dans la modultation des genes
* C est diff d annoter les regions reg de la transcrp
68
- Seqc ultra conservees dans le genome
* Il existe des seqc fortement conservees en dehors des genes
* Les gens ont ete perdus )pseudogeneise) donc il n y apas d ARNm pour ce gene mais il y a toujours des fossiles de ce gene dans le genome
* Seq ultra conservees = 100% identq entre homme, souris et rate
* 481 elements ultra conserv (\>200 nucleotd) dans le genome humain
* 111 localises dans les exons des genes
* 100 localises dans les introns
* 270 dans les regions inter genetq
* Fonction reg des seq ultra conserv non codantes :
* test de l act regulatrice : insertion d un frag d ADN contenant la seq testee + gene lacZ
* 45% des elements ultra conserves non codants sont des activateurs
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- Selection nat dans les genomes
* regions soumises a la selection nat dans les genomes (euka)
* genes codants pour des proteines, genes d ARNs non codants
* promoteurs des genes, seqc regulatrices de l epissage
* regions regulatrices a dist (actv, repressuers de l expression des genes)
* Regiosn qui evolutent de maniere neutre :
* positions synonymes dans les seq codantes (mais pas toutes les positions et pas dans toutes les especes)
* introns (sauf regions reg de l epissage)
* regions inter gentq (sauf regions reg de l expression)
70
Recombinaison :
- transmissions des alleles
* Fixation de l allele avantageux et fixation de tout l env genomq proche de la mutaiton
* Auto stop genetq :
* les alleles neutres qui se trouvent au voisinage de lallele avantageux (sur le meme chrms) vont aussi se fixer
* Background selection :
* les alleles neutres qui se trouvent au voisinage de lallele deletere (sur le meme chrms) vont aussi etre elimines. Mais seulement dans les regions ou il n y a pas de recombinaison
* Les alleles faiblement deleteres peuvent aussi envahir une pop s ils sont proches de l allele avantageux ce qui va reduire la fitness des indiv
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Recombinaison :
- le meca de recombinaison
* lors de l appariement des K homologues :
* chevauchement et echange de materiel genetq
* cassures doubles brin des chromatides pendant la meiose
* CO : echange de materiel genetq entre K homologues
72
Recombinaison :
-distribution des recombinaisons dans le genome
* 2 souches genetiqment diff :
* caracterisation des resultats de 56 envements de meioses indp
* Lignes diag/verticl = CO
* Ligne horiz = conversion genq
* Zone orange : montre les marq associes a des ratios non mendelien
73
Recombinaison :
- la recombinaison casse les liens entre alleles
* le recombinaison casse les liens entre alleles. Elle aug la variabilite des gamete produites par un seul ind
* La cassure des liens entre allesl avantg et alleles deleteres permet :
* fixation des alleles avantageux
* elimination des allles deleteres
* (la selection nat peut agir de maniere plus indv sru des mutations deleteres ou avantageuses)
* Que se passe t il si la recombinaison s arrete ?
* les mutations deleteres s accumulent
* Ex de la daphnie :
* dN/dS est plus grd chez les especes asexuees que chez les espces sexuees
* La selection nat est plus efficace s il y a de la recombinaison
* le taux dN/dS est plus eleve (mais toujours \<1) dans les regions ou il n t a pas de recomb
* La selection nat ne peut pas eliminier tous les alleles (faiblement) deleteres
74
Recombinaison :
- Variation de recombinaison entre chrms
* certains chroms ne recombinent pas
* Ex : chrms 4 et Y cchez la droso
75
Recombinaison :
- Evolution des chrms X et Y
* La struct des chrms X et Y est diff donc pas de recombinaison possible
* les mammf palcentaires et marsupiaux partagent les meme chrms sexuels
* App des chrosm X et Y ul y a ~ 180-200 millions d annees
* Pourquoi la droso et l homme ont les memes chrms de reproduction? parce quils y a une recurrence de l apparition des K sexuels dans le temps
* l evolution des K sexuels est rapides et conduit a la reaparition des memes syst chez d autres especes mais pas forcement des especes tres proche genetq
* Pour avoir une convergence evolutv, la selection nat doit promouvoir certaines caract genomq
* Ex du gene Y chez l homme, le chimpanz et un autre primate :
* PAR = regions psuedo autosomales
* les genes ampliconq sont des regions diff caract par le seqc car elles sont comps de seqc repetees
* les regions en rouge peuvent se recombiner avec le K X
* les genes Y sont uls aux fonctions spe des males (ex : reg de genes pendant la spermatogenese)
* Il y a une diff strcut du K Y entre des especes qui sont proches, donc l evolution du K Y est rapid
* on remarque aussi des diff caract avec les regions qui se composent de diff elements.
* malgres l evolution rapide le K Y porte bcp de genes qui sont uls aux fonctions specfq aux males
* Il y a une vertaine exigence de conservation car on doit preserver les fonctions de ces genes
* A travers cette comparaision du K Y on peut conclure que l evenement de transposition a eu lieu apres la divergence avec le chimpanze car les regions ne sont pas presntes chez le chimpz
* 1-2 : sil y a une recombinaison XY le gene benefique au male et deletere pour la femelle peut se retrouver sur le K X mais comme le gene est deletere pour la femelle, la selection nat va decider de le suppromer
* 3 : ensuite, inversion d une grande region donc suppression de la recombinaison donc annulation du processus d inversion entre le chrm X et Y
* La selection aug la fitness des indv qui portent l inversion donc elle fait envahir la pop d ind porteurs de l inversion donc elle amene a la suppression de la recombinaison
* 4 : ensuite inversion qui supprime la recombinaison sur la presq total du chrm Y
* 5 : ensuite, accumulation de mutations deleteres sur le chm non recombinait
* les genes devienent non fonctionnels
* 6 : enfin, reduction de la taille di chrms Y par grandes deletions. Presence de bcp de replication de regions de genes
* il y a plus de 800 genes sur le chrms X
* il y a 70-80 genes sur le chrms Y (y compris les genes dupliq)
76
Recombinaison :
- Evolution des chrms X et Y
* A partir d une paire de chrms autosomes il y a eu :
* emergence de SRY (determination du xese male) la suppresssion de CO sous forme d inversion, accumulation de mutations deleteres avec regions homologues au chrms X (pseudogenes) evenement de retroposition/transposition donnant des regions amplicnq (lies a la spermatgns)
* Est ce qu on est dans une evolution qui va aboutir a la disparition des hommes ?
* le declin du chroms Y s est arrete
* des molecules maths ont decrit que la perte de genes nest pas lineaire elle atteint un plateau
* certains genes sur le chrms Y ne peuvnet pas etre perdus
* Les genes conserves sur le chrms Y sont ceux avec des fonctions dans la reg de l expression des genes cad :
* transcription, epissage, traduction, modification post trad, modification du chrmatd
77
-Recombinaison :
Importance de la recombinaison pour la selection nat :
* la selection nat est plus efficace en presence de recombinaison
* Si la recombinaison s arrete il y a une accumulation de mutation (faiblement) deleteres
* les mutations pouvent etre transmises ne sont pas celles qui tuent les indv
* Cas extrm :
* l arrete de la recombinaison dans l evolution des chrms sexuels des mammf conduit a la perte massive de genes sur le chrms Y
78
-Recombinaison :
Chroms sex : etat hemizyhotes ches les males
* quelque soit le statut de la mutation, elle sera visible chez les males
* Maladies liees au chrms X plus frqt chez les hommes :
* daltonismes
* hemophilies A et B
* dystrophie muscu (myopathie)
* Alleles recessif "visibles" a la selection neat sur le chrms X et Y chez les males :
* meilleure elimination des mutaitons deleteres
* meilleure fixation des mutations avantageuses
79
-Recombinaison :
Selection nat sur le chrms X
80
Phylogenie moleculaire :
- Generalite
* La phylogneie permet d etablir des relations de parente entre les ind, especes, pop
* en utls des molecules d ADN, ARN ou des prot
* La phylogenie est l etude des relations evolutives entre les organismes (especes, pop) en utls des outils moleculaires
* L objectif principal de la phylogenie est de reconstruirre l histoire evolutive des organismes
* Avant le devle de la phylogenie moleculaire : les approches etaient essentiellement basees sur la morpho
* Il y avait bcp d apriori entre les primates non humains et les hommes, on considerait que seuls les humains etianet :
* dote d une intelligence
* dote d une capacite de langage
* dote de la capacite de prevoir des choses
* Toutes ces choses ont ete retrouves chez les autres primates
* Lorsq l on compare des especes qui ne partagent rien on est obl d utls la phylogenie moleculaire
81
Phylogenie moleculaire :
- Les avantages de l approche molecualire
* Pour certaines especes, il est diff de comparer les morpho )convergence evolutive, micro organs)
* plus d objectivite dans la comparaison des molecules
* approches stat basees sur des processus mutationnels, sur la selection nat (on fait des test : dN/dS)
* Le pb qunt on fait une comparaison selon des caract selon la morpho c est la convergence evolutive
82
Phylogenie moleculaire :
- Arbres phylogenetq
* Le nombre d arbres phylogenetq aug exponentiellement avec lenombre d especes
* Nomenclature des arbes phylo :
* Topologies d arbres phylogenetq :
* topologie = ordre de brnachement
* diff topologies d arbres phylo (cf image)
* Arbres racines et non racines :
* Racine = l ancetre commun (le plus recent) de tout les orga rep dans l arbre (cf image)
* Long des branches peuvent etre rep : cf image
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Phylogenie moleculaire :
- Donnes moleculaires pour la phylogenie
* Les marqueurs moleculaires peuvent etree : des seqc d ADN, d ARN, des prot d un ou plusieurs genes
* Les marq moleculaires doivnet etre presents dans toutes les espec d interet
* Le marq moleculaire ideal possede les cara suivantes :
* sequc homologues
* pas de duplications (sauf exception)
* vitesse d evoltuion adaptee a la phylogenie qu on veut reconstruire
* si on veut construire une phylogenie par rapport a une histoire recente d especes proches, on prend des seqc qui evoluent rapidement pour avoir bcpp de mutaitons cad bcp de moyens de comparaisons
* si on veut construire une phylogenie entre especes eloignees, on prends des seq qui evoluent lentement (prot)
* Autres methodes de recconstruction : contenu en genes, ordres des genes
* Phylogenies des mammf : 164 especes
* Marq moleculaires : 26 prot concatenees, 11 000 aa
* trois grd groupes : mammf placentaires, marsupiaux, monotremes
* Entre 125 et 175 annees il y a eu une hyper diversifiation des especes
* Phylogenie des primates : 186 especes
* Marq molecualire : 54 frgments de genes (ADN), 34 297 nucleotides
* Groupe externe : dermoptera, scandentia, lagomorpha
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Phylogenie moleculaire :
- Larbre phylo de tous les organ
* Les 3 domaines du vivants :
* Bact
* Archees
* Bact + archees = proka
* Euka
* On utls du gel electrophoreses pour comparer les cellules : en fonction de la ou l avancement des cell s arretainet : ca nous donait une certaine dis entre deux especes
* SAB : mesure de similarite entre les moelcules d ARN ribosomal 18S
* ces resultats sont conformes plus tard par les seq d ARN ribosomal
* Marqueurs molecualire : ARN ribosomal
* Comment racines larbre universel ?
* Duplication de genes : cf image
* si on veut reconstrt l arbre d un gene duplique, on doit toujours prendre le meme gene
* sur le graph de droite, l evenement de duplication precede l evenement de speciation donc ca perment d indq la racine dans l arbre d especes
* V-ATPase = ATPase vacuolaire :
* est une hydrolase qui cata la reaction ATP + H2O + H+(int) ADP+ phosphate + H+ (ext)
* cad une pompe a protons
* elle controle le pH des organites (ou de la cellule) et est composee de plusieurs sous unt
* les sous unites A et B sont derivees d une duplication
* les ATPases sont present dans les 3 domaines du vivants (euka, arke, bact)
* pour certains especes, il existe aussi des ATPases dans le genome mitoc ou des chloroplastes
* les ATPases sont tjrs composees de 2 sous untes (catalytiq et non cata) qui correspondent a la duplication ancestrale d un gene
* Analyse des duplication du facteur d elongation (traduction ARN prot) :
* la premieres divergence a lieu chez les bact puis une deuxieme a lieu entre les euka et les arkee donc les arkees sont plus proches des euka que des bact
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Phylogenie moleculaire :
- Reconstruction de sq ancestrales
* Topologie de la phylogeniie universelle : cf image
* LUCA n est pas l org de la vie : cf image
* Que sait on sur LUCA ?
* la phylogenie universelle nous permet de caract LUCA
* un scenatio parcimonieux est uns scenario qui implique le moins de changement dans larbre
* Adaptations molecuaires a des hautes temps :
* les paires G-C sont plus stables que les A-T a cause du nombre de liaison hydrogenes (3 pour G-C, 2 pour A-T)
* cette info explq la richesse en GC du genome et donc l adaptation a des hautes temps
* Il n y a pas de relation entre le taux de G+C genomq et la temps optimale de croissance : la stabiite de l ADN n est pas determinee par le taux de G+C
* Mais il y a une forte correlation entre le taux de G+C des ARNs ribosomaux (et des ARN de transf) et la temps optimale de croissance
* La taux de G+C eleve des ARNs structuraux est vraisemblablement une adaptation a la temp elevee
* Reconstruction des seq de LUCA :
* utsl de methodes phylogenetq pour predire la seq ancestrale la plus probable etant donnees un arbre phylo et les seq des especes actuelles
* LUCA n etait pas hyperthermophile
* l erreur d indication est indiq en rouge pour LUCA on obs quil n y a donc pas d evidence pour prouver quil etait thermophile (cf image)
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Applications de la phylo moleculaire : orign des mitoc
\*Les mitoc : des endosymbiontes anciens
* Les organites des cellules euka : les mitoc (pour tous les euka) et les chloroplastes (chez les plantes) sont des organites qui ont leur propre ADN
* Fonction de sitoc :
* lieu de la respiration cellulaire donc :
* en presence d O2 : production d ATP et consommation d O2 (image)
* en abs d O2 : production d ATP (mains nettement moins qu avaec O2) et consommation d autres accepteurs
* Deuxieme image, (b) : les hydrogenosomes produisent nettement moins d ATP par cylce que les mitoc en anaerobie et encore moins que les mitoc en aerobie
* 4 types de mitoc :
* mitoc aerobies : production d ATP et conso d O2
* Mitoc anaerobies : production d ATP sans conso d O2
* Hydrogenosomes : production d ATP par reaction de fermentation (Trychomonas)
* Mitosomes : pa de production d ATP (Entamoeba histolica, Giardia lamblia)
* Diversite des genomes mitoc en taille, forme et composition
* certains genomes sont circulaires (Comme chez l homme) et dautres sont lineaires
* Chez les plantes, le genome mitochondrial est plus grand que ches les animaux
* Les animaux ont tendance a avoir un genome mitochondrial de plus en plus petit
* Org des mitochondries et hydrogenosomes :
* on pourrait penser que les hydrogenosomes et les mitosomes sont des formes archaiques des mitoc atcuelles obs chez les plantes ou les animaux
* il ny a qu une suele divergence entre les bact et les mitoc, donc notre hypothese est possble
* Or on obst qu il n y a pas une divergence initiale des hydrogenosimes (Car ils se palcent dans le milieu de la diversite des mitoc) mais que les mitoc apparaissent dans la diversite moeculaire des autres mitoc. On a donc une invalidation de notre hyp
* Reduction du genome mitoc :
* on obs des similitudes mais il y a des diff struc importantes
* Transf de genes entre mitoc et noyau :
* decouverte d un transf de 7800 nucleotides entre le genome mitoc et le genome nucleaire du chat (1994)
* Il y a plus de 400 seq d orgn mitoc dans le genome humain (phenomene assez courant)
* Transf horizontal (entre 2 especes) de genes entre une bact (endosymbionte) et un eula
* les trsf horizontaux sont impt au cours de l evolution. Cependant ils rajoutent une complexite aux arbres car les branches forment des connexions horizontales entre les especes et donc des boucles
* Ex du gene HSPD1 :
* ce gene se trouve dans le genome nucleaire chez l humain, oor c est un gene utl a la mitoc.
* des meca sont donc mis en place pour maintenir ce gene dans le genome nucleaire et ul y a etablissement d un lien entre le genome nucleaire et le genome mitoc
* Evolution des mitoc :
* une seule orgin evolutive des mitoc dans l ancetre commun des euka
* les hydrogenosomes et les mitosomes sont des mito degenerees
* malgre leur faible capacite (ou incapacite) a produire de l ATP ce sont des formes de mitoc degenerees qui se sont adaptees a l env des espc qui les portent
* perte massive de genes dans les diff lignees euka
* transf horizont de genes de la mito vers le noyau
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Applications de la phylo moleculaire : orign des mitoc
\*Inference des sq ancestrales et des evenements evolutifs
* Quelle est la seq ancestrale la plus probable ?
* cf image
* seqc ancestrale GTGTGAAG, 2 mutations T---\> C necssr
* seqc ancestrale GTGCGAAG, 3 mutations C---\> T necssr
* On cherhce le scenario evolutif et la seq ancestrale qiu minimisent le nombre de mutations neccs cad un scenario parcimonieux
* il faut tenir compte des taux des mutations (Certaines mutations sont plus probables que d autres)
* Resurrection de seq acnest :
* Methode consensuss :
* si toutes les espec possedent un nucleotides A, et une seule espec possede le nucleotd T---\> on dira que l ancetre avait un nucleotide A et que l espece a eu une mutation
* c est vase sur le princ de la majorite l emporte
* Max de vraisemblance :
* il faut max la vraisemblance des obs entre les especes act etant donnee un modele d evolution specf a prori pour ces molecules
* Evolution du gene FOXP2
* approches par association = GWAS (Genomes Wise Association Study)
* on a une hyper conservation du gene par elimination des mutations non synonymes
* les changement d aa ont eu lieu avant la divergence Homo sapiens/ Neandertal
* Insertion du gene humain FOXP2 chez la souris :
* version humanisee du gene FOXP2 introduite chez la souris
* apprentissage plus rapide (dans certaines conditions)
Bio Uni 20-21 S1
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