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Œuf de grenouille Xenopus laevis

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Présentation au sujet: "Œuf de grenouille Xenopus laevis"— Transcription de la présentation:

1 Œuf de grenouille Xenopus laevis
Cellules et Génomes Lundi 9 octobre 2006 Œuf de grenouille Xenopus laevis

2 Plan I - Caractéristiques communes universelles à toutes les cellules
II - Diversité des cellules III - Comprendre comment passer à tant de formes de vie à partir d’un code commun à tous les organismes vivants

3 III - Information génétique chez les eucaryotes
Plus gros, plus élaboré Souvent pluricellulaire

4 L'eucaryote Par définition : enveloppe nucléaire
Lundi 9 octobre 2006 L'eucaryote Par définition : enveloppe nucléaire 10 fois plus long et 1000 fois plus gros  cytosquelette Membranes internes Peuvent phagocyter des organismes entiers (n'ont pas de paroi)

5 Principales caractéristiques d'une cellule eucaryote
Fig 1-31

6 Neutrophile phagocytant une hématie
Fig 1-32

7 Hypothèse d'apparition
Inconnu Cellule eucaryote primordiale qui a mangé d'autres cellules Nécessite une membrane souple et un cytosquelette

8 Protozoaire carnivore
Protozoaire didinium mangeant d'autres cellules museau Fig 1-33 Protozoaire carnivore

9 Didinium

10 http://images. google. fr/imgres. imgurl=www. liv. ac

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12 Conséquences de la prédation
Mitochondrie consomme de l'oxygène et tire profit de l'énergie d'oxydation de la nourriture pour produire de l'ATP taille d'une bactérie a son propre génome (une molécule d'ADN circulaire), ses ribosomes, ses ARNt ancienne eubactérie aérobique phagocytée par un eucaryote ancestral  symbiose il y a 3,5 milliards d'années quand l'atmosphère s'est enrichie en O2

13 Mitochondrie Fig 1-34

14 Origine des mitochondries
Fig 1-35

15 Conséquences de la prédation
Chloroplastes utilisent l'énergie lumineuse pour synthétiser des hydrates de carbone à partir de CO2 et H2O de l'atmosphère ont leur propre génome ancienne bactérie photosynthétique phagocytée par un eucaryote ancestral qui avait déjà phagocyté des mitochondries  symbiose

16 Chloroplastes (A) Chloroplastes verts dans une mousse Fig 1-36

17 Origine des chloroplastes
Fig 1-37

18 Conséquences de la prédation
Avec les mitochondries et les chloroplastes, il n'y a plus besoin d'aller au-delà dans la phagocytose La plante serait un eucaryote passé de la chasse à la ferme avec sa paroi de protection

19 … et les champigons Eucaryote Comme les animaux
mitochondries et pas de chloroplastes Contrairement aux animaux ont une paroi épaisse ( pas de phagocytose) se nourrissent des détritus des autres digestion externe

20 Le génome des eucaryotes est hybride
Double origine Eucaryote anaérobique ancestral Bactérie  Information dans le noyau et mitochondries chloroplastes

21 Génome mitochondrial Dégénéré
Version abrégée des génomes bactériens correspondant pb 13 protéines 2 ARNr 22 ARNt Les autres gènes ont été déplacés dans le génome de l'hôte

22 Le génome des eucaryotes est gros
Mitochondries et bactéries ont de petits génomes Les eucaryotes sont plus gros ont de gros génomes ont plus de gènes ont plus d'ADN non codant

23 1000 fois plus de pb qu'une bactérie 20 fois plus de gènes
Génome humain 1000 fois plus de pb qu'une bactérie 20 fois plus de gènes fois plus d'ADN non codant 98,5% au lieu de 11% chez E. coli

24 Comparaison des tailles de génome
Fig 1-38

25 ADN non codant ADN inutile qu'on garde comme des vieux papiers
Le poisson bouffi s'est débarrassé de son ADN non codant Il y a toujours plus d'ADN non codant que d'ADN codant Ce sont pour beaucoup des gènes régulateurs qui disent "quand" et "où" un gène doit entrer en scène

26 Fig 1-39 Le poisson bouffi (Fugu rubripes)
Génome de 400 millions de pb (le quart du poisson zèbre avec le même nombre de gènes) Fig 1-39

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28 Lundi 9 octobre 2006 An international research consortium has taken a substantial short cut to the biologically important information embedded in the human genome by completing a draft sequence of the genome of the Japanese pufferfish Fugu rubripes. Although the Fugu genome contains essentially the same genes and regulatory sequences as the human genome, it carries those genes and regulatory sequences in approximately 365 million bases as compared to the 3 billion bases that make up human DNA. With far less so-called "junk DNA" to sort through, finding genes and controlling sequences in the Fugu genome should be a much easier task. The information can then be used to help identify these same elements in the human genome. For the full story go to decoded.html. An international research consortium has taken a substantial short cut to the biologically important information embedded in the human genome by completing a draft sequence of the genome of the Japanese pufferfish Fugu rubripes. Although the Fugu genome contains essentially the same genes and regulatory sequences as the human genome, it carries those genes and regulatory sequences in approximately 365 million bases as compared to the 3 billion bases that make up human DNA. With far less so-called "junk DNA" to sort through, finding genes and controlling sequences in the Fugu genome should be a much easier task. The information can then be used to help identify these same elements in the human genome. For the full story go to decoded.html.

29 Programme de développement des organismes multicellulaires
Peau, os, nerveux, adipeux,… viennent d'une seule et même cellule avec le même génome Rôle de l'environnement sur les gènes de régulation Rôles de la position de la cellule

30 Emballement du nombre de gènes de contrôle par des signaux environnementaux
Fig 1-40

31 Fig 1-41 mutant normal Antirrhinum
Mutation d ’une protéine régulatrice

32 Quelques espèces Les protistes La levure : Saccharomyces cerevisiae
Plante : Arabidopsis thaliana Ver : Caenorhabditis elegans Mouche : Drosophila melanogaster Souris : Mus musculus Homme : Homo sapiens

33 Quelques espèces Les protistes La levure : Saccharomyces cerevisiae
Plante : Arabidopsis thaliana Ver : Caenorhabditis elegans Mouche : Drosophila melanogaster Souris : Mus musculus Homme : Homo sapiens

34 Les protistes Sont des eucaryotes Unicellulaires
chasseurs : protozoaires photosynthétiseurs : algue fossoyeurs : champignons ou levure Grande variété de forme Grande variété de structure soies, photorécepteurs, cils, appendices, bouche, dart, muscles… Énorme intérêt en biologie (avenir !) Représentent un coup d'œil sur notre passé

35 Exemple de protistes : grande variété de formes
dinoflagellé Fig 1-42 amibe

36 Quelques espèces Les protistes La levure : Saccharomyces cerevisiae
Plante : Arabidopsis thaliana Ver : Caenorhabditis elegans Mouche : Drosophila melanogaster Souris : Mus musculus Homme : Homo sapiens

37 La levure : Saccharomyces cerevisiae
Eucaryote Champignon Être unicellulaire le plus simple possible Brasseurs de bière et levure des boulangers Robuste et facile à cultiver Paroi épaisse Présence de mitochondries et absence de chloroplastes

38 Fig 1-43 Saccharomyces cerevisiae (levure)
Prolifère par bourgeonnement Fig 1-43

39 La levure : Saccharomyces cerevisiae
Se reproduisent rapidement soit de façon végétative (par division) soit de façon sexuée (accouplement/méiose) Peut se diviser indéfiniment soit à l'état haploïde soit à l'état diploïde en fonction des conditions de culture

40 Fig 1-44 Cycle de reproduction de S. cerevisiae
vivent à l'état diploïde ou haploïde les cellules diploïde et haploïde peuvent proliférer la méiose est déclenchée par le jeune et conduit à des spores résistantes à l'environnement Lundi 9 octobre 2006 Fig 1-44

41 La levure : Saccharomyces cerevisiae
Tout petit génome pb (1997) dont pb mitochondriales 2,5 fois plus que E. coli 6 300 protéines Cycle cellulaire extrapolable à l'homme On peut spoter sur une lame de verre les ADN des protéines Réalisable pour n'importe quelle cellule dont on connaît tout le génome

42 Fig 1-45 Les 6 400 spots Il y a eu 2 applications de cDNA : vert rouge
Suivi des modifications de l'expression des gènes de levure par puce à ADN Fig 1-45 (18 mm) Il y a eu 2 applications de cDNA : vert rouge jaune : vert+rouge Les spots

43 Quelques espèces Les protistes La levure : Saccharomyces cerevisiae
Plante : Arabidopsis thaliana Ver : Caenorhabditis elegans Mouche : Drosophila melanogaster Souris : Mus musculus Homme : Homo sapiens

44 Le monde microscopique des organismes unicellulaires est beaucoup plus varié que le monde qui nous entoure Bactéries  eucaryote = millions d'années Vertébrés  insectes = 700 millions d'années Poissons  mammifères = 450 millions d'années Différentes espèces de fleurs = 150 millions d'années

45 Plante : Arabidopsis thaliana
Modèle retenu parmi les espèces de fleurs sur terre

46 Fig 1-46 Arabidopsis thaliana ressemble au cresson
produit des milliers de descendants en semaines 140 millions de pb 11 fois plus que la levure Fig 1-46

47 Lundi 9 octobre 2006 Arabidopsis thaliana wildtype flower. It is approximately 5 mm in size. Scanning electron microscopy image, artificially coloured. By Juergen Berger, Electron Microscopy Unit, Max Planck Institut fuer Entwicklungsbiologie, Tuebingen, Germany. (copyright). Arabidopsis thaliana Arabidopsis thaliana wildtype flower. It is approximately 5 mm in size. Scanning electron microscopy image, artificially coloured. By Juergen Berger, Electron Microscopy Unit, Max Planck Institut fuer Entwicklungsbiologie, Tuebingen, Germany. (copyright).

48 On Wednesday, a team of scientists announced the first complete sequence of a plant genome in the latest issue of Nature. In tomorrow’s issue of Science, a group of scientists will announce a computational analysis of the same Arabidopsis genome that makes it more reliable as a genetic model for other plant species. The findings provide a clearer picture of the ancient history of this model genome. Clarification will allow researchers to compare genes across widely divergent crop species, such as grasses (rice and other grains) and broadleafed plants (soybeans, fruits and vegetables). And this will speed up identification of important genes in crop plants for breeding or genetic engineering programs. Aligning the genetic maps of crop plants and Arabidopsis--a flowering plant in the mustard family--will provide important insights in comparative plant genomics, according to lead author and evolutionary geneticist Todd J. Vision. He is at the Agricultural Research Service’s Center for Agricultural Bioinformatics in Ithaca, N.Y. Vision’s co-authors are Daniel G. Brown at the Whitehead Institute/MIT Center for Genome Research and Steven D. Tanksley at Cornell University’s Departments of Plant Breeding and Plant Biology. Arabidopsis was chosen as a genetic model because its genome is one of the smallest and seemingly one of the simplest among flowering plants. But plant geneticists began finding duplicate sections of chromosomes, suggesting that the genome had doubled at least once during its ancestry. Duplications add to the difficulty of locating related chromosome sections in other plants because the genome gets shuffled--like a deck of cards-- naturally over millions of years of evolution. By applying some novel computations to an almost complete sequence of the Arabidopsis genome, Vision and colleagues found its ancestry to be more complex than suspected. Instead of duplicating only once, the genome has doubled at least four times. And those events occurred between 100 and 200 million years ago, about the time when dinosaurs walked the Earth and before many of our broadleaved crop plants began to diverge from Arabidopsis’ distant ancestor. So evidence of these duplications would be in many of today’s crop genomes. Scientific contact: Todd J. Vision, ARS Center for Agricultural Bioinformatics, Cornell University, Ithaca, NY, phone (607) , fax (607) , Lundi 9 octobre 2006 On Wednesday, a team of scientists announced the first complete sequence of a plant genome in the latest issue of Nature. In tomorrow’s issue of Science, a group of scientists will announce a computational analysis of the same Arabidopsis genome that makes it more reliable as a genetic model for other plant species. The findings provide a clearer picture of the ancient history of this model genome. Clarification will allow researchers to compare genes across widely divergent crop species, such as grasses (rice and other grains) and broadleafed plants (soybeans, fruits and vegetables). And this will speed up identification of important genes in crop plants for breeding or genetic engineering programs. Aligning the genetic maps of crop plants and Arabidopsis--a flowering plant in the mustard family--will provide important insights in comparative plant genomics, according to lead author and evolutionary geneticist Todd J. Vision. He is at the Agricultural Research Service’s Center for Agricultural Bioinformatics in Ithaca, N.Y. Vision’s co-authors are Daniel G. Brown at the Whitehead Institute/MIT Center for Genome Research and Steven D. Tanksley at Cornell University’s Departments of Plant Breeding and Plant Biology. Arabidopsis was chosen as a genetic model because its genome is one of the smallest and seemingly one of the simplest among flowering plants. But plant geneticists began finding duplicate sections of chromosomes, suggesting that the genome had doubled at least once during its ancestry. Duplications add to the difficulty of locating related chromosome sections in other plants because the genome gets shuffled--like a deck of cards--naturally over millions of years of evolution. By applying some novel computations to an almost complete sequence of the Arabidopsis genome, Vision and colleagues found its ancestry to be more complex than suspected. Instead of duplicating only once, the genome has doubled at least four times. And those events occurred between 100 and million years ago, about the time when dinosaurs walked the Earth and before many of our broadleaved crop plants began to diverge from Arabidopsis’ distant ancestor. So evidence of these duplications would be in many of today’s crop genomes. Scientific contact: Todd J. Vision, ARS Center for Agricultural Bioinformatics, Cornell University, Ithaca, NY, phone (607) , fax (607) ,

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52 Quelques espèces Les protistes La levure : Saccharomyces cerevisiae
Plante : Arabidopsis thaliana Ver : Caenorhabditis elegans Mouche : Drosophila melanogaster Souris : Mus musculus Homme : Homo sapiens

53 Ver : Caenorhabditis elegans
Petit nématode de 1 mm de long Attaque les cultures, sans danger pour nous Vit quelques jours Peut survivre indéfiniment dans un congélateur Organisme idéal 959 cellules somatiques (toujours) Plan de développement toujours identique

54 Ver : Caenorhabditis elegans
97 millions de pb protéines Une profusion de mutants Programme de division cellulaire et de mort cellulaire Applica ble à l'homme

55 Fig 1-47 Caenorhabditis elegans 1 mm de long entièrement séquencé
hermaphrodite Fig 1-47

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58 Quelques espèces Les protistes La levure : Saccharomyces cerevisiae
Plante : Arabidopsis thaliana Ver : Caenorhabditis elegans Mouche : Drosophila melanogaster Souris : Mus musculus Homme : Homo sapiens

59 Mouche : Drosophila melanogaster
Étude très ancienne Preuve que les gènes (unités d'information génétique) sont portés par les chromosomes (il y a 80 ans)

60 Drosophila melanogaster
Fig 1-48

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62 Mutant à 4 yeux

63 Mouche : Drosophila melanogaster
Chromosomes géants dans certaines de ses cellules (polytènes) avec des bandes Corrélation exacte entre hérédité et bandes

64 Chromosomes géants des cellules de glandes salivaires de Drosophila
Fig 1-49

65 Mouche : Drosophila melanogaster (plus récent)
Événements séquentiels entre instruction génétique et structure du corps Caractérisation des gènes nécessaires à l'organisation du corps avec intestin, membres, yeux,… en place On recherche alors les homologues Qu'on teste chez la souris

66 Mouche : Drosophila melanogaster puissance du modèle
9 jours pour progresser de l'œuf à l'adulte Génome 170 millions pb (homme =3 200) protéines Beaucoup moins de gènes dupliqués que chez les vertébrés

67 Problèmes des duplications du génome
Lundi 9 octobre 2006 Problèmes des duplications du génome Cf. supra : presque tous les gènes ont des paralogues nés par duplication Il peut y avoir duplication de la totalité du génome (1 voire 2 fois) saumon, carpe, poisson zèbre Puis il y eut de nombreux changements perte de copies nouvelles duplications réarrangements (=modification de l'ordre) #13p40

68 Fig 1-50 Deux espèces différentes de la grenouille Xenopus
Lundi 9 octobre 2006 Deux espèces différentes de la grenouille Xenopus X. tropicalis diploïde X. laevis tétraploïde X. ruwenzoriensis hexaploïde (18X6=108 chromosomes) Les trois espèces auraient divergé il y a 120 millions d'années #13p41 Fig 1-50

69 Redondance génique Un gène existe en général en plusieurs versions interchangeables : c'est la redondance Une mutation peut n'avoir aucun effet (avion à 2 moteurs) Chez la drosophile, les gènes sont peu redondants  mutation a un effet (avion à 1 moteur) L'organisme peut faire muter une copie Une copie peut être plus adaptée au foie et une autre au cerveau

70 Les conséquences de la duplication génique sur l'analyse de la fonction des gènes
Fig 1-51(A)

71 Fig 1-51(B)

72 Quelques espèces Les protistes La levure : Saccharomyces cerevisiae
Plante : Arabidopsis thaliana Ver : Caenorhabditis elegans Mouche : Drosophila melanogaster Souris : Mus musculus Homme : Homo sapiens

73 Souris : Mus musculus Mammifère Comparaison de protéines homologues
3-4 fois plus de gènes que la drosophile génome 20 fois plus gros des milliards de fois plus de cellules se ressemblent tous Comparaison de protéines homologues 85% d'analogie entre homme et éléphant 70% d'analogie entre homme oiseau 2 fois plus de divergence parce que 2 fois plus de temps d'évolution

74 Époques de divergence des différents vertébrés
Fig 1-52

75 Souris : Mus musculus Équivalences des maladies de l'homme

76 Même tache blanche sur le front chez l'enfant et chez la souris due à une mutation du même gène kit nécessaire au développement et au maintien des cellules pigmentaires Fig 1-53

77 Quelques espèces Les protistes La levure : Saccharomyces cerevisiae
Plante : Arabidopsis thaliana Ver : Caenorhabditis elegans Mouche : Drosophila melanogaster Souris : Mus musculus Homme : Homo sapiens

78 Homme : Homo sapiens L'homme est capable de rapporter ses maladies et ses désordres génétiques Grosse banque de données de 6 milliards d'individus Génome = 3 milliards de pb Énorme apport des sept espèces pour la connaissance de l'homme

79 Homme : Homo sapiens Qu'est le génome humain ?
2 individus diffèrent de 1 ou 2 nucléotides tous les 1000 nucléotides Le séquençage a été fait sur quelques individus Le génome est variable d'un individu à l'autre et varie au cours de la reproduction

80 Homme : Homo sapiens Avenir
Il faudrait connaître chaque individu susceptibilité à des maladies réponse à un médicament prévention des médicaments Cultures génétiquement modifiées Bactéries : les utiliser à notre profit Tous ont le même langage génétique

81 Site http://bertmace.dyndns.org bertrand.mace@chu-rouen.fr
Lundi 9 octobre 2006 Site


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