développement
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Option M2 EvoDevo 2013 Partie 2 : Le développement pour les molécularistes Mélanie Debiais-Thibaud Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 1. La synthèse moderne de l’évolution 2. Gènes du développement 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 4. Contraintes génomiques et développementales 5. Cas d’étude, des souris et des chiens Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 1. La synthèse moderne de l’évolution Bilan de l’article des hopeful monsters. Quel peut être l’apport de l’EvoDevo pour l’étude de l’évolution ? Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 1. La synthèse moderne de l’évolution Une approche moderne de l’Evo-Devo 4 Variations morphologiques fixées à l’échelle des espèces Sélection naturelle et dérive 1 Evolution du génome - mutations 2 Effet sur les mécanismes du développement 3 Variants morphologiques à l’échelle de la population Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement L’approche génétique du développement 40 000 cuticules de drosophile 20 000 gènes 140 gènes essentiels pour le développement 1 prix Nobel de médecine 1995 Nusslein-Volhard (Christiane) Polarité de l’ovocyte et de l’embryon Régionalisation de l’embryon Mise en place des segments Polarité des segments Identité des organes Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement L’approche génétique du développement Identité des organes Transformation d’un organe en un autre = homéose Mutant homéotique Gène homéotique Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement La différenciation cellulaire 1 : les facteurs de transcription Les gènes homéotiques Homéodomaine de la protéine Antennapedia de la drosophile Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement La différenciation cellulaire 1 : les facteurs de transcription Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement La différenciation cellulaire 1 : les facteurs de transcription Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement La différenciation cellulaire 2 : les facteurs de signalisation Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement La différenciation cellulaire 2 : les facteurs de signalisation Facteurs de signalisation Information de position Régionalisation de l’embryon ou de sousparties de l’embryon Différenciation spécifique des organes et tissus Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement La différenciation cellulaire 3 : les régulateurs de la chromatine Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement La différenciation cellulaire 3 : les régulateurs de la chromatine Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 2. Gènes du développement La conservation des acteurs moléculaires du développement Developmental genetic toolkit Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation Qu’est-ce qu’un gène ? Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation Qu’est-ce qu’un gène ? Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation Qu’est-ce qu’une mutation ? Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.1 Changement d’un nucléotide pour un autre : mutation ponctuelle - Mutation de la séquence codante sans modifier la protéine (neutre) - Mutation de la séquence codante avec modification (sous sélection) - Un FT ne peut plus reconnaître sa séquence de fixation - Un FS ne peut plus être fixé par son récepteur - Mutation du promoteur / séquence régulatrice - Les FT se fixent plus ou moins bien : activation de l’expression plus ou moins forte, modification temporelle de l’activation - Création d’un nouveau site de fixation de FT Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.2 Les éléments transposables et les éléments répétés - Insertion d’éléments transposables Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.2 Les éléments transposables et les éléments répétés - Insertion d’éléments transposables Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.2 Les éléments transposables et les éléments répétés - Erreurs de réplication, réparation Eléments répétés , microsatellites Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication génique Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication génique : orthologues, paralogues Duplication : deux paralogues Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication génique : orthologues, paralogues Spéciation A1, A2 : Orthologues A1, B1 : Paralogues Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication génique : orthologues, paralogues Duplication Paralogues Orthologues (semi-orthologues) Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication génique, le modèle DDC Duplication, Dégénération, Complémentation Séquence codante, séquences régulatrices Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome Myoglobine : affinité à l’O2 plus forte que l’hémoglobine des hématies Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome Globines embryonnaires : affinité à l’O2 plus forte que l’hémoglobine des hématies (de la mère) Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication génique : orthologues, paralogues Exemple du complexe Hox = duplications en tandem successives Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome AUTOPOLYPLOIDE : duplication des chromosomes au sein de la même espèce Pomme de terre - 4x - 48 chromosomes Banane – 3x – 33 chromosomes Cacahuète – 4x – 40 chromosomes Patate douce – 6x– 90 chromosomes ALLOPOLYPLOIDE : Hybridation entre deux ou plusieurs espèces Tabac – 4x – 48 chromosomes Coton – 4x – 52 chromosomes Blé tendre – 6x – 42 chromosomes Avoine – 6x – 42 chromosomes Canne à sucre – 8x – 80 chromosomes Fraise – 8x –56 chromosomes Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication de génome, polyploïdisation Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication de génome, polyploïdisation Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication de génome, polyploïdisation Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 3. Gènes, génomes, duplication, régulation 3.3 Duplications géniques, duplication de génome - Duplication de génome, polyploïdisation Résultats : chez les vertébrés (à mâchoires) on a plusieurs copies homologues à un unique gène en dehors des vertébrés = famille de gènes Néo-fonctionalisation et sous-fonctionnalisation chez les vertébrés (et bien sûr pertes de gène en grand nombre) Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 4. Contraintes génomiques et développementales Contraintes évolutives Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 4. Contraintes génomiques et développementales Contraintes évolutives Contraintes fonctionnelles (sélection naturelle) Contraintes environnementales (contingence historique) Contraintes structurelles (physiques) Limitation de l’évolution de la morphologie Contraintes génétiques (pléiotropie) Contraintes développementales (intégration et modularité) Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Contraintes intrinsèques, mise en relation du génotype et du phénotype Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 4. Contraintes génomiques et développementales 4.1 Contraintes génomiques de l’évolution des gènes du développement Importance de la structure génomique, pléiotropie des éléments régulateurs Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 4. Contraintes génomiques et développementales 4.1 Contraintes génomiques de l’évolution des gènes du développement Blocs de régulation dans les génomes Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 4. Contraintes génomiques et développementales 4.2 Contraintes développementales de l’évolution des gènes du développement Pléiotropie des gènes du développement Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 4. Contraintes génomiques et développementales 4.2 Contraintes développementales Pléiotropie des gènes du développement Réseaux de régulation Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 4. Contraintes génomiques et développementales 4.2 Contraintes développementales Intégration et modularité (CM4) Certains traits ont une covariance forte : intégrés en terme de développement Certains traits ont une covariance faible: ils forment des modules développementaux Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 5. Cas d’étude, des souris et des chiens Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 5. Cas d’étude, des souris et des chiens - Quel est le rôle de l‘étude des 844 paires de triplets microsatellites? - Schématisez le rôle dévelopmental du gène Alx4, chez les chiens en général et comparez à son rôle chez les chiens de montagne des Pyrénnées. - Expliquez la relation entre "caractère non-mendélien" et background génétique chez les souris pour les mutants Alx4. - Expliquez les variations d'activité de la protéine Runx2 en fonction de sa composition en acides aminés. Expliquez les propositions suivantes : - "The tendency of the genetic diversity-reducing forces commonly operating in most breeds to quickly drive alleles to fixation in such small populations is overwhelming.» - "Collectively, these data suggest that the conventional wisdom of attributing the morphological diversity among dogs to the partitioning of preexisting wolf allelic variation by selective breeding may require revision (33–35)." - Concluez sur les modes d‘évolution de la morphologie au travers de la sélection humaine sur les races de chiens. Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud 5. Cas d’étude, des souris et des chiens A partir de cet article et du cours, proposez une liste de processus au travers desquels la morphologie peut être modifiée par les mutations du génome. Illustrez , pour chaque processus, d’un exemple (qui peut être hypothétique). Année 2013-14 Option M2 EvoDevo Cours 2 – M. Debiais-Thibaud
