TP Adaptation Moleculaire

M1BVADAM
TPEvolutionMoléculaire:Détectionmoléculairedel’adaptation
BienqueleconceptDarwiniend’adaptationaitétéformaliséilyaunsiècleparlesgénéticiens
(Fisher,Wright,Haldane),ilaétédifficilededémontrerrigoureusementquedesdifférencesenacide
aminésentreprotéineshomologuesavaientunesignificationadaptative.Depuisplusde30ans,les
généticiensdespopulationsetlesthéoriciensdel’évolutiondéveloppementdesméthodespour
détecterlasignaturedelasélectionnaturelleàl’échelledesséquencesd’ADN(codantmaisaussinon
codant).Grâceàl’avènementdestechnologiesdeséquençageàhaut‐débit,ungrandnombrede
donnéesdeséquencespeuventmaintenantêtreexploréespourévaluerl’influencedelasélection
naturelledansl’évolutiondespopulationsetdesespèces.
CeTPviseàexplorer3typesd’approchespermettantdedétecterlasignaturedelasélection
naturelle.Cesméthodesdépendentdutyped’échantillonnagedesséquencesd’ADN(alignement
intra/interspécifiques)etdutypedeséquence(codante,noncodantes).Nousutiliserons2logiciels:
DNAsp(LibradoandRozas,2009)etMega(KumarandTamuraetal.,2011).
Partie1
L’espèceMedicagotruncatulaestuneplantelégumineusemodèletrèsétudiéesenlaboratoire,
notammentdansledomainedesinteractionsplantes‐microorganismes.Eneffet,cetteespèceest
capabled’établirunesymbioseavecdesbactériesfixatricesd’azote(Rhizobium)etdeschampignons
endomycorhiziensàarbuscles(Glomusintraradices).Cetteespèceestaussilaciblede
microorganismespathogènes.(ex:Aphanomyceseuteiches).Medicagotruncatulaestdoncunbon
modèlepourrechercherdesgènesimpliquésdansl’adaptationdelaplanteàdifférents
microorganismes.Différentesaccessions(lignées)deMedicagotruncatulaontétéséquencéespar
desméthodeshaut‐débit(séquençage454).L’alignementdeslectures(reads)surlegénomede
référence(lignéeA17)àpermisdedétecterdespolymorphismesdeséquencesàl’échelled’unebase
(SingleNucleotidePolymorphisms=SNPs).

Letravailconsisteàeffectuerun«genomescan»pourrepérerlesrégionsdugénomesoumisesà
despressionsdesélection.Noustravaillonsicisurunepetiterégiondugénomeséquencéechez
plusieursaccessions(individus)del’espèceMedicagotruncatula.
 Ouvrirlefichier«Medicago_SNPs_sequences.fasta»dansDNAsp
o s’agit‐ild’alignementsdeséquencesbrutes,oubiend’alignementsdeSNPs?
o combiendesitespolymorphesétudions‐nous?
 EffectuezuneanalysedupolymorphismeADN(globaleetparfenêtresglissantes.Utiliser
plusieursparamètresdefenêtresglissantes):
o QuesignifientS,θetπ(Pi),etsurquoivousrenseignent‐ils?
o Existe‐t‐ilunevariationdecesparamètreslelongdecetterégiondugénome?
 Avecqueltestmettriez‐vousenévidenceunpotentieleffetdelasélection?
 Effectuezletest(global,etparfenêtresglissantes),etinterprétez.
D’aprèsl’annotationdugénomederéférence,larégiongénomiquequenousétudionsestplutôt
pauvreengènes,maisellecomporteunpetitclusterde3gènesconnuspourêtreimpliquésdansla
reconnaissanced’effecteursmicrobiens(gènedetypeNBS‐LRR).
 Quellienpouvez‐vousfaireentrelanaturedesgèneslocalisésdanscetterégionetvos
résultats?Quelleinterprétationévolutivepouvez‐vousdonner?
Partie2
Lamoucheduvinaigre,dugenreDrosophila,présenteungrandnombred’espècesquisesonten
partiediversifiéesenraisondeleurrégimealimentaire,cesmouchessenourrissantd’unegrande
variétédefruitssucrés.Lesfruitssucréscontiennentdesproportionsvariablesdesucres,etdonc
d’alcool,aufuretàmesuredeleurmaturation,jusqu’àleurpourrissement.L’enzymeAdh(alcool
dehydrogenase)participeàladégradationdel’alcoolquiesttoxiquepourl’organismeàcertaines
concentrations.Nousétudionslaséquencecodantedecetteenzymechezdifférentsindividusde2
espècesdedrosophiles:DrosophilasimulansetDrosophilayakuba.Est‐cequecetteenzymeasubi
uneévolutionadaptativechezcesespèces?
Drosophilasimulans(vigne)  Drosophilayakuba

 Ouvrirlefichier«Drosophila_Adh.phy»dansDNAsp.LeformatPhylipestunformat
d’alignementdeséquencesquel’onpeutgénérerparexempleavecunlogicield’alignement
telqueClustalX,etpeutêtrelupardifférentslogicielsd’analyseévolutivedes
polymorphismes.SousDNAsp,assignezcesséquencescommeunerégioncodante.
 Aquelstypesdemutationss’intéresse‐t‐on?oùsesituent‐ellessuruncodondonné?
 Queltestbasésurlacomparaisondupolymorphismeetdeladivergenceentreespèces
pourriez‐vousutiliserafind’identifieruneéventuelleévolutionadaptativedel’Adh?
 Quepouvez‐vousconclure?
 Lesauteursdecetteétude(McDonaldandKreitman,1991)ontmontréquelaséquence
codantedel’Adhchezl’ancêtredeDrosophilasimulansetDrosophilayakubaesttrèsproche
delaséquenceconsensusdeDrosophilasimulans.Chezlaquelledeces2espècesy‐a‐t‐ileu
évolutionadaptativesuiteàlasélectionpositive?
Partie3
Lelysozymeestuneenzymebactériolytiqueprésentechezlaplupartdesmammifères.Chezles
primateselleestexcrétéedansdifférentespartiedutubedigestifselonlerégimealimentairede
l’espèce.Nousétudionsunepartiedelaséquencecodantedecetteenzyme(lesexons1et2)chez
19espècesreprésentantlesgrandesfamillesdeprimates(Singesdunouveaumonde,Colobinae,
CercopithecinaeetHominoïdes.Nouscherchonsàsavoirsicetteenzymeasubiuneévolution
adaptative,etchezquelsprimates(d’aprèsl’étudedeMessierandStewart,Nature,1997).
GangdePrimatesLysosyme
 OuvrirMEGA(v5),etconvertissezlefichier«Primates_lysozymes.fasta»enfichierMEGA
(.meg).Puisouvrezcenouveaufichier(Openafile).
 ConstruisezunarbrephylogénétiquedecesséquencesaveclaméthodedeNeighbor‐Joining
avecladistanceKimura‐2p.Combiende«familles»(ougroupes)observez‐vous?
 Aquoicorrespondentleslongueursdebranches?
 Aquelstypesdemutationss’intéresse‐t‐on?
 Quelleapprochebaséesurl’étudedeladivergenceentreespècespourriez‐vousutiliserafin
d’identifieruneéventuelleévolutionadaptativedulysosyme?Queconcluez‐vous?

Supplémentairesiassezdetemps:
‐ Pourdétecteruneadaptationàl’intérieurdechaquegroupe(uneespèceouungroupe
d’espèce):comparerledN‐dSmoyenauseindes4groupes
‐ Pourdétecteruneadaptationd’ungroupeparrapportàunautre(chezl’ancêtre
commundel’unoul’autredesgroupes):comparerledN‐dSmoyenpourdesgroupes
compositestelsque«colo/cerco»,«colo/hom».
Pourcelavousdevezcréerdenouveauxgroupesdansl’ongle«Data=>SelectTaxaand
Groups»)
 Enquoil’arbrephylogénétiquepeutvousdonneruneindicationsurlegroupedeprimates
danslequellelysosymeasubiuneévolutionadaptative?
 Lescolobinae(«leaf‐eatingmonkeys»)ontunestomacantérieurcomplexedanslequelles
bactériesfermententlematérielvégétal,suivid’unvraiestomacquiexprimedesniveaux
importantsdelysosyme.Quelleinterprétationbiologiquepouvez‐vousfairedevos
résultats?
Listedesespèces
Hom:Hsa,Ggo,Ppy,Ptr,Ppa
(Homosapiens,Gorillagorilla,Pongopygmaeus,Pantroglodytes,Panpaniscus)
New:Ssc,Soe
(Saimirisciurus,Saguinusoedipus)
Colo:Pen,Tve,Tob,Tfr,Can,Cgu
(Semnopithecusentellus,Semnopithecusvetullus,Trachypithecusobscurus,Trachypithecus
francoisi,Colobusangolensis,Colobusguereza)
Cerco:Cae,Cto,Epa,Ani,Pha,Mmu
(Cercopithecusaethiops,Cercocebustorcatus,Erythrocebuspatas,Allenopithecusnigroviridis,
Papiohamadryas,Macacamulatta)