Sujet proposé par Frédéric Devaux et Dominique Higuet

BMC 407 - Structure et Fonction des Génomes
Examen 2ème session 2012/2013
Sujet proposé par
Frédéric Devaux et Dominique Higuet
(Durée 3 heures)
Soyez bref et concis :
Il sera tenu compte de la présentation et de la qualité rédactionnelle.
Lisez l’ensemble du texte avant de commencer à rédiger.
Sans support, ni document, ni calculatrice.
Téléphones portables éteints et rangés dans les sacs.
L’examen se compose de 2 exercices indépendants.
Chaque partie doit être traitée sur une copie séparée !
EXERCICE 1 : Clustering, groupes de co-expression et évolution des génomes
Des chercheurs ont effectué des analyses de transcriptome dans plus d’une centaine de
conditions physiologiques différentes chez deux espèces de levure : l’espèce modèle
Saccharomyces cerevisiae et l’espèce pathogène Candida albicans. Ils ont ainsi obtenu des
profils d’expression pour tous les gènes de ces deux espèces. Après filtrage des profils
invariants, ils ont calculé les distances de corrélation entre tous les profils deux à deux et ont
classé les gènes en fonction de ces distances. A partir des classifications obtenues, les
chercheurs ont défini dans chaque espèce 4 groupes de gènes fortement co-exprimés. La
figure 1 représente les matrices de distances de corrélation obtenues après classification pour
ces 4 groupes de gènes dans chacune des deux espèces.
Q1 : Qu’est ce qu’une matrice de distance ? Qu’est ce qu’une distance de corrélation ?
Que représente une distance de corrélation de 0 ? De 1 ? De 2 ?
Q2 : Rappelez le principe de la classification des gènes en fonction de leurs profils
d’expression, en détaillant le principe de l’une (et une seule !) des méthodes vues en
cours et en TD.
Les chercheurs ont mené des analyses de type « Gene Ontology » sur chacun des 4 groupes
dans chacune des espèces. Les résultats obtenus sont détaillés dans le tableau 1.
Q3 : Que signifient les valeurs P présentées dans le tableau ?
Q4 : Présentez et interprétez les résultats du tableau 1. Qu’indique la comparaison des
résultats obtenus pour S. cerevisiae et C. albicans ?

BMC 407 - Structure et Fonction des Génomes
Examen 2ème session 2012/2013
Q5 : A la lumière de ces résultats, présentez et commentez les matrices de distance de la
figure 1. Quelle différence majeure y a-t-il entre S. cerevisiae et C. albicans ?
Les chercheurs ont trouvé par analyse informatique une séquence enrichie dans les
promoteurs de certains groupes de gènes. Il s’agit de la séquence AATTTT. La figure 2
présente la fréquence de cette séquence dans les promoteurs des gènes des différents groupes
définis ci-dessus, dans les deux espèces étudiées.
Q6 : Présentez et interprétez les résultats de cette figure. Quelle hypothèse pouvez vous
émettre pour expliquer les observations faites à la question 5 ?
La figure 3 présente une analyse de séquence identique à celle de la figure 2 mais menée sur
tout l’arbre phylogénétique des levures. La flèche indique un évènement ancestral de
duplication totale du génome chez l’ancêtre commun à une partie de ces espèces (celles dont
les noms sont en jaune).
Q7 : Commentez et interprétez la figure 3.
La figure 4 représente le même arbre que la figure 3, sur lequel ont a indiqué les particularités
métaboliques des différentes espèces. Les espèces en noir (rapid aerobic growth) utilisent la
respiration et la glycolyse simultanément en présence de glucose et d’oxygène. Les espèces en
rouge (rapid anaerobic growth) privilégient la glycolyse et la fermentation et inhibent la
respiration en présence de glucose, même si de l’oxygène est disponible.
Q8 : En prenant en compte toutes les informations à votre disposition, établissez un
modèle simple qui fasse le lien entre les données obtenues dans cette étude, l’évolution
des génomes de levure et l’évolution des capacités métaboliques de ces mêmes levures.
Catégorie Groupe 1 Groupe 2 Groupe 3 Groupe 4 Groupe 1 Groupe 2 Groupe 3 Groupe 4
Structural components of cytosolic ribosomes 2,5 x 10-15 5,2 x 10-2 9,2 x 10-1 6,4 x 10-1 3,2 x 10-11 2,7 x 10-1 1,5 x 10-1 4,4 x 10-1
Structural components of mitochondrial ribosomes
6,5 x 10
-1
4,1 x 10
-1
2,9 x 10
-12
8,3 x 10
-1
3,5 x 10
-1
6,9 x 10
-1
8,8 x 10
-11
1,7 x 10
-1
nuclear rRNA processing and cytosolic ribosome biogenesis
4,7 x 10
-3
5,6 x 10
-9
8,9 x 10
-1
1,6 x 10
-1
2,1 x 10
-2
9,8 x 10
-8
8,3 x 10
-1
8,5 x 10
-1
response to stress
3,7 x 10
-1
1,2 x 10
-1
3,2 x 10
-1
7,3 x 10
-5
9,0 x 10
-1
4,2 x 10
-1
7,5 x 10
-1
1,4 x 10
-4
Saccharomyces cerevisiae Candida albicans
Tableau 1 : Analyses Gene Ontology des groupes de la figure 1. Les catégories pour
lesquelles une valeur significative a été trouvée dans au moins un des groupes sont indiquées
dans la colonne de gauche. Les valeurs indiquées sont les valeurs P de chaque catégorie Gene
Ontology pour chaque groupe.

BMC 407 - Structure et Fonction des Génomes
Examen 2ème session 2012/2013
Figure 1. Matrice des distances (corrélations) entre les profils des gènes deux à deux, après
classification et pour chacune des deux espèces étudiées. L’échelle de couleur est fournie à droite de la
figure. Les groupes issus de la classification de la matrice sont indiqués à gauche du graphe.
Figure 2. Densité de motifs AATTTT dans les séquences en amont des ATG des différents groupes de
gènes chez S. cerevisiae (à gauche) et C. albicans (à droite). En abscisse : la distance, en paires de
base (bp), à partir de l’ATG des gènes de chaque catégorie (notée de –1 à –600). En ordonnée : le
pourcentage de gènes de chaque groupe contenant un motif AATTTT pour une abscisse donnée.

BMC 407 - Structure et Fonction des Génomes
Examen 2ème session 2012/2013
Figure 3. Densité de motifs AATTTT dans les régions génomiques situées en amont des ATG des
différents groupes de gènes définis en figure 1, pour plusieurs espèces de levures. Les espèces en noir
n’ont pas connu de duplication totale du génome lors de leur évolution, les espèces en jaune si.
Figure 4 : Arbre phylogénétique des levures sur lequel sont reportés l’évènement de
duplication totale du génome et les préférences métaboliques des espèces. Rapid aerobic
growth : le glucose induit respiration et glycolyse en parallèle. Rapid anaerobic growth : la
présence de glucose induit glycolyse et fermentation mais inhibe la respiration.
EXERCICE 2 : Génétique des Populations
Chez la souris (Mus musculus domesticus), on recherche sur l’ensemble du génome des
marques de sélection positive, sur un échantillon de 56 souris issues de 10 populations
d’Europe de l’ouest.
Q1 : Rappeler le principe de cette recherche.
Différentes régions du génome sont ainsi identifiées. Parmi ces régions, une paraît
particulièrement intéressante car elle correspond à un locus ayant subi des duplications en
tandem successives créant ainsi une famille multigénique.
Pour les 4 gènes de cette famille on étudie la séquence codante pour évaluer le rapport dN/dS
sur l’ensemble de cet échantillon. dN étant le nombre de substitutions non synonymes/ le
nombre de sites non synonymes, et dS étant le nombre de substitutions synonymes/ le nombre
de sites synonymes.

BMC 407 - Structure et Fonction des Génomes
Examen 2ème session 2012/2013
Pour 3 de ces gènes on trouve un dN/dS significativement inférieur à 1, et pour le dernier un
rapport significativement supérieur à 1.
Q2 : Que veut-on tester en étudiant ce rapport ?
Q3 : Interprétez les résultats obtenus.
On décide d’analyser ce résultat en relation avec la différenciation génétique des populations
au niveau de ce gène.
Q4 : Que cherche-t-on avec une telle analyse ?
Q5 : Proposez une stratégie pour cette étude.
En fait cette étude est une fiction. Actuellement ce genre d’étude est essentiellement réalisé
chez l’homme.
Q6 : Expliquez pourquoi.