Etude de l'évolution et de la structure des génomes des vertébrés

Plan

IntroductionÉvolution et structure des génomes

Première étape: Comparaison des génomes

ProcessusAutomatisation (CASSIOPE)

Un exemple: La région du CMHHypothèseRésultats Une premier pas vers la reconstruction

Futur

But: Etude de l'évolution et de la structure du génome des vertébrés

Reconstruire l’histoire des génomesMettre en évidence les différents événements chromosomiques (Polyploïdisation / Duplication « en bloc » - Remaniements chromosomiques: inversion, translocation, ...)

Reconstruire les génomes ancestraux et actuels non séquencés

Comparaison de génomes

Reconstruction => Première étape

indispensable

Comparer

Comparaison de génomes

Reconstruction => Première étape

indispensable

Comparer

Rechercher les régions conservéesConservation par descendanceConservation par convergence

Utiliser le plus grand nombre de génomes possible

Recherche de régions conservées

• 1 région de départ• Recherche des orthologues• Localisation de ces orthologues• « Clusterisation » • Test statistique pour la conservation• « Retour » sur la région conservée

trouvée

Grand nombre de données à manipuler

=>Automatisation: développement d'un

outil informatique CASSIOPE (Clever Agent System Inheritance and

Other Phenomena in Evolution)

Recherche de régions conservées

NCBI by Entrez Utilities

JENA library API

OMIMdiseases

Ensembl by ENSJ APISequences

+Localizatio

n +QTL, ...

OrthologsDetection

Phylogeny Tasks

JADEmulti-agents framework

PhyloGenomicsOntology

POSTGRESQLRDBMS

BEANgenerator

plugin

ProtégéGUI

Questionsin SL language

C.A.S.S.I.O.P.E Clever Agent System for Synteny Inheritance and Other Phenomena in Evolution

OWL

ACL/SL

ACL/SL

ExpertSystem

RMI

Data fromWeb databases

OntologyPersistance

ACL/SL

ACL/SL

ACL/SL

AgentEnsembl

Recherche le contenu en génes

FIGENIX

AgentEnsembl

Recherche le contenu en génes

EnsemblLocalisation

FIGENIX

AgentEnsembl

Recherche le contenu en génes

EnsemblLocalisation

FIGENIX

AgentEnsembl

Recherche le contenu en génes

EnsemblLocalisation

FIGENIX

Même espèceMême chromosomeNbre gènes ≥ 3< 300 000 pbs

AgentEnsembl

Recherche le contenu en génes

EnsemblLocalisation

FIGENIX

Même espèceMême chromosomeNbre gènes 3< 300 000 pbs

Test statistique

AgentEnsembl

Recherche le contenu en gènes

AgentEnsembl

Recherche le contenu en gènes

Si score 0.001

Si 0.05 score 0.001

Si score 0.001

Région conservée

Région très conservée

Région non conservée

#############################################################Value P: 2.499553651133726E-4Value K: 1.0Value N: 19################ synteny higthly conserved ################## Tree of life: cassiope1score: 1.0653464368903798E-5 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Question %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% UID Cluster: a20892:10412f43264:-7fcbSpecies:

Name: HOMO~SAPIENSTaxeId: 9606

Genes list:>lcl|ENSG00000126878 |9606|HOMO~SAPIENS|C9orf58|>lcl|ENSG00000197355 |9606|HOMO~SAPIENS|NP_997192.1

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% ortholog number: 3UID Cluster: a20892:10412f43264:-5614Species:

Name: TETRAODON~NIGROVIRIDISTaxeId: 99883

Location: Chromosome: 4

Genes list:7

%%%%%Gene: a20892:10412f43264:-7916Ortholog: TRUEReference:

Identifier: GSTENG00014392001Source URI: http://ensembldb.ensembl.org

Name: GSTENG00014392001Location:

Chromosome: 4Band: Start: 3111322End: 3142151Strand: -1

Protein: Header: >lcl|GSTENG00014392001 |99883|

TETRAODON~NIGROVIRIDIS|_Data:

ENPYLCSDECDASNPDLAHPPQLMQDRERNGLITYWQTVTWRRHPEPLLA

Synteny Vista

Utilisation de CASSIOPE sur une région spécifique

2 tours de polyploïdisation chez le génome des vertébrés

Analyse d’une région : les régions de paralogie du CMH

Existe-t-il pour une région donnée chez Amphioxius, 4 régions de paralogie chez les vertébrés

évènement de duplication évènement de spéciation

?

?

??

?

?

?

?

Matériel et Méthode

Génomes séquencés des vertébrés:H. sapiens (homme), C. Familiaris (chien), G. Gallus (poulet) , T. Nigroviridis (poisson ballon)

Région amphioxius choisie correspondant aux 4 régions de paralogie du CMH de H. sapiens

CASSIOPE

Région conservée

4 régions de paralogie existantes chez différents vertébrés

Région conservée

4 régions de paralogie conservées chez les différents vertébrés

Région chromosome 9 H. sapiens région chromosome 17 G. gallus : région du chromosome 9 C. familiaris

Région chromosome 6 H. sapiens région chromosome 16 G. gallus région du chromosome 12 C. familiaris

Région chromosome 1 H. sapiens région chromosome 8 G. gallus région du chromosome 6 C. familiaris

Région chromosome 19 H. sapiens région chromosome 28 G. gallus : Région chromosome 20 C. familiaris

Duplication confirmée

Il existe pour une région donnée chez Amphioxius, 4 régions de paralogie chez les vertébrés

évènement de duplication évènement de spéciation

Vers la reconstruction des génomes ancestraux

Reconstruction des génomes ancestraux

Reconstruction des génomes ancestraux

Reconstruction des génomes ancestraux

Utiliser CASSIOPE sur les génomes en entierUtiliser des nouveaux génomes informatifs

Définitions des concepts biologiques pour la reconstruction Modélisation mathématique (collaboration avec E. Pardoux et S. Grusea)

Maximum de vraisemblance

Création d'algorithmes Automatisation => CASSIOPE

Prédiction des génomes actuels

Évaluer la qualité des algorithmes

Génome reconstruit Génome séquencé

T. nigroviridis

G. gallus

H. sapeins

S. scrofa

Ancêtre Ancêtre

Laboratoire Evolution Biologique

www.up.univ-mrs.fr/evol

Virginie Lopez Rascol virginie@up.univ-mrs.fr

Pierre Pontarotti

Phillipe Gouret

Etienne G.J. Danchin

LATP

Simona Grusea

Etienne Pardoux

Retombées directes au niveau bio médical

Recherche des gènes impliqués dans des QTL ou maladies génétiques

Mp1

Mp2

Mh1

Mh2

Mc1

Mc2Mg1

Mg2

Reconstruction de la région chez l' espèce p par CASSIOPE

Mp1

Mp2

+ informations fonctionnelles(GO)

QTL?

Espèce p non séquencée

Espèces séquencées

Relations entre la fonction putative des gènes de la région et le phénotype

Détermination des gènes candidats

Tests expérimentaux