Phylogénie et diversité des microorganismes

Phylogénie et diversité des
microorganismes
Master Microbiologie générale (Institut Pasteur)
Céline Brochier-Armanet
Professeur – Université Lyon I
Laboratoire de Biométrie et Biologie évolutive (UMR5558)
([e-mail])
Phylogénie et diversité des microorganismes (Céline Brochier-Armanet 2011)
Les microorganismes
jusqu’au XIX
ème
siècle
Découverts au milieu du
17
ième
Considérés pendant deux
siècles comme:
⇒Des curiosités sans intérêt
⇒Des intermédiaires probables
entre le monde minéral et le
monde vivant
⇒Classés au sein des Plantes
ou au sein des animaux (dans
le groupe mal défini des vers)
Plantae Protista Animalia
Haeckel (1866)
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Place des microorganismes au sein du
monde vivant
Plantae Plantae
Protista
AnimaliaFungi
Monera
Copeland (1938 et 1947) Whittaker (1969)
Animalia
Protista
Phylogénie et diversité des microorganismes (Céline Brochier-Armanet 2011)
Est-il possible d’établir une classification
phylogénétique des microorganismes?
Culture pure
Échantillon
Morphologie
Métabolisme/Physiologie
Identification/Classification
@purificacion lopez-garcia
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“... the ultimate scientific goal of biological
classification cannot be achieved in the case
of bacteria” (Roger Y. Stanier, 1963)
Echec de l’application du principe de subordination des caractères pour
l’établissement d’une classification évolutive des microorganismes
Bactéries sulfureuses
(Thiobacillus)
Bactéries pourpres
sulfureuses
(Thiorhodaceae)
Bactéries pourpres
non sulfureuses
(Athiorhodaceae)
Bactéries sulfureuses
non pigmentées
Oxydent
des
composés
soufrés
Similarité
physiologique
Granules de soufre
intracellulaires
(Thiobacteria)
Similarité
morphologique
Même
pigmentation
(Rhodobacteria)
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Une révolution en marche…
1955 : Séquençage de l’insuline - Sanger
Premières phylogénies moléculaires (Eucaryotes)
1965 : “ Molecules as Documents of Evolutionary History ”
- Zuckerkandl et Pauling
1977 : Catalogues d'oligonucléotides d’ARNr – Carl Woese
1977 : Séquençage rapide de l’ADN - Sanger
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L’accès au patrimoine génétique des
organismes a radicalement changé notre
connaissance de l’histoire de la vie
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La biodiversité des organismes actuels
définit trois grands domaines
(Sogin, 1991)
(Fox, 1977)
Archaea
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Plantae
Protista
AnimaliaFungi
Monera
Plantae
Protista
AnimaliaFungi
Monera
La diversité génétique ne reflète pas la
diversité morphologique
(Sogin, 1991)
(Fox, 1977)
*
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Tous les êtres vivants descendent d’un
même ancêtre commun: LUCA
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L’arbre universel du vivant représente une
infime partie de l’histoire de la vie
Arbre universel du vivant
LUCA
Première cellule
Aujourd’hui
Premier âge : Monde pré-cellulaire
Second âge : Monde cellulaire pré-luca
Troisième âge : Monde cellulaire post-luca
Origine(s) de la vie
(Forterre et al. Medecine Science 2005)
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La biodiversité actuelle ne représente qu’une
fraction de la biodiversité ayant existé
(http://web.uconn.edu/gogarten/)
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Qui était LUCA?
« Dis moi quels sont tes gènes et je te dirai qui tu es »
Identifier les gènes présents dans le génome de LUCA
⇒ Comparer les gènes présents dans les génomes des représentants
actuels des trois domaines
⇒ Identifier les gènes communs aux trois domaines hérités de LUCA
LUCA
Hérédité verticale
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Très peu de gènes sont communs à tous
les organismes actuels
Protéines universelles
LUCA était un organisme cellulaire
LUCA possédait une ARN polymérase, des
ribosomes & le code génétique universel
Le répertoire n’est pas compatible avec une vie
cellulaire (ex. Pas de métabolisme…)
LUCA avait un génome à ???
(Forterre et al. MS 2005)
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Limites de la génomique comparée
LUCA
Perte de gène
LUCA
Trop grande divergence
LUCA
Remplacement non homologue
LUCA
Hérédité verticale Transfert horizontal de gène
LUCA
+++++
- - - - - - -
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LUCA avait un génome de taille comparable
aux génomes des actuels
~320->1000/2000 gènes
⇒LUCA avait un génome relativement
large
⇒Free living
Brochier-Armanet C. “Minimal cell: the biologist point of view” Origin of life (Cambridge University Press – 2010)
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Questions ouvertes & Grands enjeux des
prochaines années
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(Woese 1994 Microbiol Rev)
(2) LUCA hyperthermophile
(4) Irrésolution des
relations de parenté
entre la plupart des
phyla bactériens
(3) Émergence basale des
bactéries hyperthermophiles
(3) Émergence basale des
protistes amitochondriaux
(4) Irrésolution des
relations de parenté
entre la plupart des
phyla eucaryotes
(1) Enracinement dans la
branche bactérienne
Début des années 90: L’histoire de la vie est
presque totalement résolue
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Questions ouvertes & Grands enjeux des
prochaines années
Les relations de parenté entre les trois
domaines
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Quelles sont les relations de parenté entre
les trois domaines?
BacteriaArchaea Eucarya
LUCA
LBCA
LACA
LECA
Temps
Présent
6
2
3
1
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