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SYNTENIE M2BIM-sem6

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Définition
La synténie :
Groupe de gènes dont le voisinage et l’organisation sont
conservés sur plusieurs génomes
La synténie se caractérise par 2 types de relations :
définition(s), détection, intérêt
en
Génomique Comparative et
Evolutive
• Relation de "co-localisation" (intra génome)
• Relation de "correspondance" (inter génomes)
co-localisation
Génome A
correspondance
Génome B
co-localisation
Co-localisation
intra génome
co-localisation
Génome A
correspondance
Génome B
co-localisation
 Etre présent sur le même chromosome (définition initiale,
notion eucaryote)
 Etre voisin sur le chromosome, notion de distance et choix d’un
seuil …
 Utiliser la position physique (en pb) sur le chromosome ou une
numérotation relative à l’ordre des gènes sur le chromosome
NB : pour les génomes circulaires (type bactériens), il faut
« linéariser » le chromosome
Co-localisation
intra génome
co-localisation
Génome A
correspondance
Génome B
co-localisation
 Etre présent sur le même chromosome (notion eucaryote)
 Etre voisin sur le chromosome, notion de distance et choix d’un
seuil …
 Utiliser la position physique (en pb) sur le chromosome ou une
numérotation relative à l’ordre des gènes sur le chromosome
NB : pour les génomes circulaires (type bactériens), il faut
« linéariser » le chromosome
1
Correspondance
inter génomes
co-localisation
Génome A
Intérêts
correspondance
Génome B
co-localisation
 Au niveau nucléique (séquence génomique totale)
 Au niveau protéique :
Protéines des gènes orthologues
Protéines des gènes homologues (paralogues + orthologues)
Autres critères (classifications fonctionnelles, domaines
protéiques partagés, etc.)
• Annotation : Interaction physique et/ou fonctionnelles
(opérons, clusters de gènes)
• Identification des ortologues parmi les homologues
• Etude de la dynamique des génomes : Identification
de
réarrangements
(transpositions,
délétions,
insertions, inversions, fusions/fissions)
Intérêts
Espèce A
exemple
Espèce B
Génome A
A1
A2
A3
A4
A5
…
A86
A87
A88
A89
A90
A91
A92
B1 BDBH, RBH
B2
Duplication/Deletion
B3
Nouveaux genes, annotations
B4
Orthologues/Paralogues
B5
B6
Seuil détection
B7
…
B234
B235
B236 Réarrangements chromosomiques
B237
B238
B239
gap <= 2
Génome B
Réarrangement
Fusion Duplication
Insertion
Inversion
Rq : Correspondances multiples, différents réarrangements et insertions
2
Macro- et micro-synténie
Gène : G1
G2
G3
G4
G5
G6
Détection
G7
Espèce 1
Espèce 2
Espèce 3
Espèce 4
Espèce 5
Espèce 6
Microsynténie
Macrosynténie
Dotplot de Génomes complets
Dotplot de Génomes complets
3
Dotplot de Génomes complets
Dotplot de Génomes complets
Bacillus subtilis
Régions conservées
Eisen et al., 2000
Artemis Comparison Tool
Escherichia coli k12
Artemis Comparison Tool
E. coli
S. typhi
S. typhimurium
Neisseria meningitidis
serogroup A versus
serogroup B
4
ADHoRe: Eukaryotic genomes
Algo « Syntonizer »
1
c1
c2
c3
S. cerevisiae
4
c4
c5
c6
c7
1
c8
c2
c3
c4
c5
c6
2
2
c2
c3
c4
c5
c6
ccA2/ccB3
Y. lipolytica
2
gene a
c7
c2
c3
c4
ccA1
c8
c5
c6
c7
c6
c7
ccB1
ccB2
c2
c3
c4
c5
ccB3
2
C. glabrata
c8
ccA2
gap <= 1
c1
S.cerevisiae
Model organism
D. hansenii Cryotolerant, halotolerant marine yeast
Alkane-using yeast
Genome 1
c1
ccA2/ccB2
K. lactis
c8
4
1
c1
c7
2
1
ccA1/ccB1
Human pathogen
4
1
c1
C. glabrata
K. lactis
2
G
e
n
o
m
e
c8
2
gene b
gene c gene d
gene e
gene f gene g
gene h
gene i gene j
gene 1
gene 2
gene 3
gene 4
gene 5
gene 6
gene 7
gene 8
gene 9
gene 10
gene 11
gene 12
gene 13
gene 14
gene 15
gene 16
gap
r2
synteny blocks
10 inter-comparisons
D. hansenii
S.cerevisiae
C. glabrata
K. lactis
C. glabrata
D. hansenii
Y. lipolytica
88% of the genomes are conserved within synteny blocks
5
Combinatorics of signed permutations
Combinatorics of signed permutations
Gene loss
Genome reduction in Buchnera
Quelques exemples
Moran et al., 2001
6
w
w
YM
L0
YM
YM
48
L0
w
YM
49
w
L0
YJ
51
R0
w
YJ
56
c
R0
58
YM
c
Gene duplication/loss
w
R0
R0
55
57
w
w
54
R0
L0
YM
48
L0
w
YM
49
w
49
w
L0
YJ
51
w
51
w
R0
YJ
56
c
L0
R0
58
c
58
c
58
c
w
57
YJ
YJ
R0
R0
55
54
R0
YJ
YM
46
w
w
w
53
R0
YJ
R0
YJ
R0
YJ
R0
YJ
w
L0
52
w
57
w
55
54
YM
46
w
YM
L0
48
w
w
w
R0
R0
L0
w
DUPLICATION
YJ
YJ
YJ
R0
52
53
w
K. lactis :
YJ
R0
52
w
YM
L0
46
w
YJ
R0
53
w
K. thermotolerans :
YM
46
YJ
c
YJ
58
R0
R0
YJ
c
52
YJ
56
YJ
R0
R0
YJ
51
YJ
L0
YM
L0
51
w
YJ
R0
52
w
YM
L0
46
w
YM
L0
49
w
YJ
R0
55
w
YM
53
w
X
w
YJ
YJ
R0
R0
57
55
w
YJ
YJ
R0
R0
54
53
52
R0
YJ
w
Gene duplication/loss
w
w
Gene duplication/loss
w
L0
YM
48
L0
w
YM
L0
YJ
R0
YJ
56
c
R0
Gene duplication/loss
w
57
R0
YJ
YJ
R0
R0
55
54
w
w
w
YJ
YJ
YJ
R0
R0
52
53
w
w
YJ
YJ
R0
R0
55
57
w
w
54
R0
R0
YJ
YJ
YJ
R0
52
53
w
w
S. cerevisiae
X
YM
L0
YM
46
w
L0
YM
48
L0
w
YM
49
w
L0
YJ
51
R0
w
YJ
56
c
R0
YJ
58
c
R0
YJ
56
c
R0
47
w
L0
YM
YJ
YJ
R0
R0
55
57
w
w
54
R0
R0
YJ
YJ
YJ
R0
52
53
w
w
c
RECIPROCAL GENE LOSS
XIII
YM
L0
YM
46
w
L0
YM
48
w
L0
YM
49
w
L0
YJ
51
w
R0
YJ
56
c
R0
58
YM
c
L0
YM
46
w
L0
YM
48
w
L0
YM
49
w
L0
51
w
7
Double Synteny and Whole Genome
Duplication in S. cerevisiae
WGD
segmental duplications <gene tandem duplications
DUPLICATION
New functions
Gene dosage
Gene order changes and translocations
LOSS -> sequence degeneration
deletion
Pseudogenes and gene relics
Speciation
Dietrich et al., 2004
Double Synteny and Whole Genome
Duplication in Tetraodon
Double Synteny and Whole Genome
Duplication in Tetraodon
110 Doubly Conserved Synteny Blocks
Jaillon et al., 2004
Jaillon et al., 2004
8
Double Synteny and Whole Genome
Duplication in Tetraodon
Double Synteny and Whole Genome
Duplication in S. cerevisiae
# genes
Whole
Genome
Duplication
Jaillon et al., 2004
Wapinski et al., 2007
9
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