Perte du flagelle survenue une seule fois dans la lignée des Fungi:

Structure phylogénétique du Règne des Fungi déduite à partir des sous-unités des gènes de la

RNA polymérase II

Yajuan J Liu, Matthew C Hodson, Benjamin D Hall

Départements de Biologie et des Sciences du génome, Université de Washington, Seattle, USA

Article publié le 29 Septembre 2006

Réalisé et présenté par : Ben Gharbia Hela & Gara Manel

Diversité des organismes marins

Introduction

Objectif de l’étude :

Fournir une phylogénie moléculaire plus robuste afin de:

1- Cerner la structure phylogénétique du Règne des FUNGI

2- Déterminer si un seul événement de perte du flagelle a été responsable de sa perte chez la majorité des FUNGI.

CONTROVERSES: Les Microsporidies forment-elles un groupe frère des FUNGI ? Les Glomales constituent-ils le 5ème phylum des FUNGI ? La perte du flagelle est-elle survenue une seule fois ou à

plusieurs reprises au cours de l’évolution des FUNGI ?

Les Fungi: Généralités

Eucaryotes / Unichontes / Opistochontes

Saprotrophes, pathogènes ou symbiontes mutualistes des plantes et des insectes.

Paroi chitineuse (caractère commun mais pas spécifique)

Ascomycètes (32)

Microsporidies (4)Chytridiomycètes (9)

Zygomycètes (8) Basidiomycètes

(9)

58 taxons utilisés

Matériaux

Groupes externes:10 taxons d’animaux, de plantes et de protistes.

L’échantillonnage a concerné: - 4 des 5 ordres de Chytridiomycota- 4 ordres représentant toutes les classes de Zygomycota

Méthode adoptée

Techniques moléculaires et analyses phylogénétiques

Culture des Fungi Extraction de l’ADN Amplification par PCR Clonage Séquençage d’ADN

Amorces RPB1 et RPB2 utilisées dans l’amplification PCR

Les gènes les plus utilisés dans la phylogénie fongique à grande échelle:

EF-1 α / 5.8 S / ADNr 28 S / ADNr 18 S / RPB1 et RPB2

ADNr 18 S (ADN ribosomal)

RPB1 (La plus large sous-unité d’ADN nucléaire dépendante de l’ARN polymérase II)

RPB2 (Seconde plus large sous-unité d’ADN nucléaire dépendante de l’ARN polymérase II)

Le gène ADNr 18 S est celui qui se rapproche le plus des gènes RPB1 et RPB2 (efficacité à fournir une résolution génétique)

Ce gène a donc été inclus pour faciliter les tests de congruence, entre ADNr 18 S et les arbres RPB

Pour chaque taxon, ils ont séquencé au moins 3,1 kb de RPB1, 2,7 kb de RPB2 et plus de 1,8 kb d’ADNr 18S.

Analyses phylogénétiques réalisées

Inférence bayésienne « probabilité a posteriori »

Maximum de parcimonie arbre le plus parcimonieux

réalisées pour- ADNr 18 S- RPB1 et RPB2 individuellement - Les séquences RPB combinées

Choix de l’arbre le plus parcimonieux et validation de la structure phylogénétique proposée

Programmes , tests et Outils statistiques utilisés

Clustal X PAUP*4.0b10 (et les tests d’homogénéité par paires) AIC (Akaike Information Criterion) MODELTEST 3.7 MrBayes v3.1 MCMC (Markov Chain Monte Carlo) TREE-PUZZLE 5.0 Test SH (Shimodaira-Hasegawa)

Résultats des tests (SH) pour des hypothèses alternatives

Résultats 1) Relation phylogénétique basée sur les séquences de protéines RPB1 et RPB2

Phylogénie des Fungi basée sur les séquences RPB1 et

RPB2

Schémas distincts en ce qui concerne la composition de base des taxons majeurs

Monophylétiques

AscomycotaBasidiomycotaZygomycotaChytridiomycotaMicrosporidia

Paraphylétique

Glomale

Zygomycètes

Trichomycètes

Chytidiomycètes Paraphylétique + Taxon basal des Fungi

Blastocladiales

Chytridiales = le clade le plus basal

Relation phylogénétique basée sur les séquences de protéines RPB1 et RPB2

Microsporidies = groupe frère des Fungi

(Mais: Microsporidies ϵ Chytridiales = hypothèse non rejetée)

Clade Zygomycota

AscomycotaBasidiomycotaZygomycotaChytridiomycota

Monophylétiques

Polyphylétiques(Test SH?)

Membres Zygomycota (dans 3 clades) *Glomales *Chitridiomycètes *Trichomycètes

Résultats 2) Relation phylogénétique basée sur l’ADNr 18 S

Chitridiomycètes *Blastocladiales

*Restes Chitridiomycètes + Basidiobolus (des Zygomycètes)

Comparaisons entre ADNr 18 S et gènes RPB au niveau de la topologie et du support statistique des clades majeurs

Tests d’homogénéité: ADNr 18S RPB1 et RPB2 Données RPB: congruentes entre elles

2 lignées majeures:

- Blastocladiales

- Chytridiales-Spizellomycetales- Monoblepharidales

Discussion

Analyses morphologiques et structurales

3 clades dans Chytridiomycota

- Blastocladiales

- Neocallimasticales

- Spizellomycetales- Chytridiales-Monoblepharidales

Chytridiomycota = Paraphylétique Taxon basal des Fungi

= la lignée la plus basale dans le Règne des Fungi

Avec Neocallimasticales comme outliner

Transition Mer-Terre: une seule fois durant l’évolution des Fungi

Chytridiomycota : considérés comme aquatiques

zoospores - Flagellées

- nécessitent de l’eau pour leur dispersion

Ascomycota, Basidiomycota et Zygomycota

= Clade bien soutenu (Φ flagelle)

Perte du flagelle

Flagelle perdu en un seul événement

coïncidant avec:- Perte des microtubules 9+2 des centrioles

- Apparition du corps du pôle du fuseau (SPB) en tant que centre d’organisation des microtubules (mitose +méiose)

- Passage des habitudes de croissance aquatiques à des habitudes terrestres.

Perte de cellules mobiles méthodes alternatives de libération et de dissémination des gamètes chez les Fungi

Zygomycota Monophylétique (RPB)

(regroupant Zygomycètes, Trichomycètes et Glomales)

Phylogénies publiées (ADNr , β-tubuline, EF-1 α)

Zygomycota Non Monophylétique

Zygomycota = Monophylétique

Zygomycota monophylétique (incluant Glomales)

+ probable qu’un clade de Glomales avec Ascomycota et Basidiomycota (Tests SH)

= Position phylogénétique hors du Règne des Fungi = Groupe frère des Fungi excellent support statistique

Etudes précédentes: - Microsporidies = taxon au sein du Règne des Fungi - Microsporidies auraient évoluer à partir d’ « Harpellalean Fungi »

(=Trichomycètes) (Cavalier-Smith)

Microsporidies

Relation Microsporidies-Fungi

Conclusion

Perte du flagelle chez les Microsporidies

= événement distinct de l’événement générateur de perte chez: Zygomycota/Basidiomycota /Ascomycota

Les Glomales ne constituent pas le 5ème phylum des Fungi

Ancêtre commun des Fungi, des Microsporidies et des Métazoaires Envisagé comme un unicellulaire, flagellé, hétérotrophe

La perte du flagelle est survenue une seule fois durant l’évolution des Fungi

permettant aux phylums fongiques dérivés de s’adapter de l’environnement aquatique à l’environnement terrestre.

Annexe Outils statistiques Utilisation

Clustal X Aligner les séquences nucléotidiques de l’ADNr 18S et les séquences d’AA des gènes RPB1 et RPB2

PAUP*4.0b10 Outil de déduction et d’interprétation des arbres phylogénétiques(calculer l’arbre consensus majoritaire)

Tests d’homogénéité par paires pour détecter l’incongruence topologique

AIC(Akaike Information Criterion)

Estimer le modèle qui s’ajuste le mieux aux méthodes bayésiennes

MODELTEST 3.7 Sélectionner le modèle de substitution nucléotidique qui s’ajuste le mieux aux données

MCMC (Markov Chain Monte Carlo)

Méthode numérique qui utilise des tirages aléatoires pour réaliser le calcul de probabilités(probabilité à postériori)

MrBayes v3.1 Programme utilisé pour la phylogénie à inférence bayésienne

TREE-PUZZLE 5.0 Programme qui reconstruit des arbres phylogénétiques à partir de données de séquences moléculaires par maximum de vraisemblance

Test SH (Shimodaira-Hasegawa)

Evaluer la congruence entre les arbres résultants, l’arbre le plus parcimonieux et l’arbre d’inférence bayésienne

Recherche heuristique Algorithme de recherche pour de très nombreux taxon

Programmes , tests et Outils statistiques utilisés

Les résultats obtenus sont différents de ceux des études précédentes. Mais, ils présentent un support statistique important.

Les 5 phylums de Fungi(Manuel de Biologie – Campbell et Reece,

7ème édition)

Les 4 grands groupes de Fungi(Ouvrage de Biologie – Raven, Johnson, Losos

et Singer, 7ème édition)

Critiques

Disparitions répétées des flagelles(Manuel de Biologie – Campbell et Reece,

7ème édition)

5 Phylums Zygomycota paraphylétique Disparitions répétées des flagelles

Le choix du titre n’est pas très approprié.

Etapes du travail non respectées: Résultats précédent la partie matériel et méthodes:

Les informations: pas ordonnéesLa méthodologie et les techniques utilisées: pas claires

Il aurait été beaucoup plus pédagogique d’ajouter un partie pré-requis au début de l’article expliquant brièvement les techniques citées plus tard.

L’article n’est pas synthétique.

Les structures de phrases (par ailleurs trop longues) et la langue utilisée rendent la compréhension de cet article fastidieuse.

Références

http://www.com.univ-mrs.fr/~boudouresque/Master_Oceanographie_Biologie_Ecologie_Marine/Cours_DOM_Boudouresque_6_2009_web.pdfhttp://en.wikipedia.org/wiki/Bayesian_inferencehttp://mathworld.wolfram.com/BayesianAnalysis.htmlhttp://bips.u-strasbg.fr/fr/Documentation/ClustalX/http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9quen%C3%A7age_de_l'ADNftp://ftp.cirad.fr/pub/group-r/groupe-r/Fiches/AIC_v3.pdfhttp://en.bio-soft.net/tree/MODELTEST.htmlhttp://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/19/30/36/PDF/Delsuc-Biosys04a.pdfhttp://en.bio-soft.net/tree/MODELTEST.htmlhttp://en.bio-soft.net/tree/paup.htmlhttp://www.ens-lyon.fr/RELIE/PCR/principe/anim/presentation.htmhttp://www.tree-puzzle.de/http://www.ens-lyon.fr/PHYSIQUE/PHENIX_ISIS/TOURNERET.pdf

Bouharmont J, Masson PL, Van Hove C (2007) Biologie. Boeck edition , p 599-616.

Campbell N, Reece J (2007)Biologie.Pearson Education France 7ème edition, p 659-678.

Liu Y, Whelen S, Hall B (1999) Phylogenetic relationship among ascomycetes: evidence from RNA polymerase II subunit.Molecular biology and Evolution 16: 1799-1808.

Sites web (Décembre 2009):