Diversité des organismes marins 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

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 Paroi chitineuse (caractère commun mais pas spécifique) Saprotrophes, pathogènes ou symbiontes mutualistes des plantes et des insectes.

Méthode adoptée Matériaux 58 taxons utilisés Groupes externes: Ascomycètes (32) Microsporidies (4) Chytridiomycètes (9) Zygomycètes (8) Basidiomycètes (9) Matériaux 58 taxons utilisés 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

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 1) Relation phylogénétique basée sur les séquences de protéines RPB1 et RPB2 Résultats des tests (SH) pour des hypothèses alternatives

Phylogénie des Fungi basée sur les séquences RPB1 et RPB2 Monophylétiques Schémas distincts en ce qui concerne la composition de base des taxons majeurs Paraphylétique Ascomycota Basidiomycota Zygomycota Chytridiomycota Microsporidia

Chytidiomycètes  Paraphylétique + Taxon basal des Fungi Relation phylogénétique basée sur les séquences de protéines RPB1 et RPB2 Glomale Zygomycètes Trichomycètes Chytidiomycètes  Paraphylétique + Taxon basal des Fungi Blastocladiales Chytridiales = le clade le plus basal  Clade Zygomycota Microsporidies = groupe frère des Fungi (Mais: Microsporidies ϵ Chytridiales = hypothèse non rejetée)

Résultats 2) Relation phylogénétique basée sur l’ADNr 18 S Monophylétiques Membres Zygomycota (dans 3 clades) *Glomales *Chitridiomycètes *Trichomycètes Chitridiomycètes *Blastocladiales *Restes Chitridiomycètes + Basidiobolus (des Zygomycètes) Polyphylétiques (Test SH?) Ascomycota Basidiomycota Zygomycota Chytridiomycota

Tests d’homogénéité: ADNr 18S RPB1 et RPB2 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

Discussion Chytridiomycota = Paraphylétique  Taxon basal des Fungi 2 lignées majeures: - Blastocladiales - Chytridiales-Spizellomycetales- Monoblepharidales Avec Neocallimasticales comme outliner Analyses morphologiques et structurales  3 clades dans Chytridiomycota - Blastocladiales - Neocallimasticales - Spizellomycetales- Chytridiales-Monoblepharidales = la lignée la plus basale dans le Règne des Fungi

Transition Mer-Terre: une seule fois durant l’évolution des Fungi Perte du flagelle 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)

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 Zygomycota Monophylétique (RPB) (regroupant Zygomycètes, Trichomycètes et Glomales) Phylogénies publiées (ADNr , β-tubuline, EF-1 α)  Zygomycota Non Monophylétique Zygomycota monophylétique (incluant Glomales)  + probable qu’un clade de Glomales avec Ascomycota et Basidiomycota (Tests SH)

Relation Microsporidies-Fungi = 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)

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 Programmes , tests et Outils statistiques utilisés 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

Critiques 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) 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 ordonnées La 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 Sites web (Décembre 2009): 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): http://www.com.univ-mrs.fr/~boudouresque/Master_Oceanographie_Biologie_Ecologie_ Marine/Cours_DOM_Boudouresque_6_2009_web.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Bayesian_inference http://mathworld.wolfram.com/BayesianAnalysis.html http://bips.u-strasbg.fr/fr/Documentation/ClustalX/ http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9quen%C3%A7age_de_l'ADN ftp://ftp.cirad.fr/pub/group-r/groupe-r/Fiches/AIC_v3.pdf http://en.bio-soft.net/tree/MODELTEST.html http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/19/30/36/PDF/Delsuc-Biosys04a.pdf http://en.bio-soft.net/tree/paup.html http://www.ens-lyon.fr/RELIE/PCR/principe/anim/presentation.htm http://www.tree-puzzle.de/ http://www.ens-lyon.fr/PHYSIQUE/PHENIX_ISIS/TOURNERET.pdf