Retracer l’évolution des gènes Nadia El-Mabrouk

Le dogme central de la biologie moléculaire Replication Transcription Translation www. Bioalgorithms.info

L’ADN ADN: Séquence de 4 nucléotides Purines: Adénine (A), Guanine (G) Pyrimidines: Cytosine (C ), Thymine (T) gcacaaattgttactgaaatagttgagattgtagttataagagtttagtgcgaagcctttggcagtaatgcttactacgtatttgctaaagtaactataatctttgaggaattagaagtagctatgtccttgttatcagttcaatgatatagctaattattgtatttagcagcaacggtataatgatctgttaatacttaatatgatagagagtggttgttgtgaattgcatagtgtgatatggtcatgtttagcgcaatcaggaagtgtaatattcttcgctcattaataaataagtggattatagaaggcatattgacttatggacggattacttaccgggtgagaaatttgaagtggaatatgcccaatatttatactaataccgatctagtcagattgagaaatgttctaactgtatcattgctaagaattacttactataagtctaaatatcttgttgtatggggggtggtctttcccctaccaatagtaaatgtaaatctagctcaatttggctttattgtcttgttaaatccgtaattagttaatatggtggtattaaagttacaatattgactaataccgatctaactataatctttgaggaattagaagtagcggccggtatgtccttgttatcagttcaatgatatagctaattaaccgatctaactataatctttgaggaattagagattagggggsgacagcgttgtttggacacaacaagtagctatgtccttgttatcagttcaatgatatagctaattaaccgatctaactataatctttgaggaattagaagtagctat

L’ADN Gène: Partie transcrite en ARN messager, puis traduit en protéine. gcacaaattgttactgaaatagttgagattgtagttataagagtttagtgcgaagcctttggcagtaatgcttactacgtatttgctaaagtaactataatctttgaggaattagaagtagctatgtccttgttatcagttcaatgatatagctaattattgtatttagcagcaacggtataatgatctgttaatacttaatatgatagagagtggttgttgtgaattgcatagtgtgatATGgtcatgtttagcgcaatcaggaagtgtaatattcttcgctcattaataaataagtggattatagaaggcatattgacttatggacggattacttaccgggtgagaaatttgaagtggaatatgcccaatatttatactaataccgatctagtcagattgagaaatgttctaactgtatcattgctaagaattacttactataagtctaaatatcttgttgtatggggggtggtctttcccctaccaatagtaaatgtaaatctagctcaatttggctttattgtcttgttaaatccgtaattagttaatatggtggtattaaagttacaatatTGActaataccgatctaactataatctttgaggaattagaagtagcggccggtatgtccttgttatcagttcaatgatatagctaattaaccgatctaactataatctttgaggaattagagattagggggsgacagcgttgtttggacacaacaagtagctatgtccttgttatcagttcaatgatatagctaattaaccgatctaactataatctttgaggaattagaagtagctat

L’ADN Gène: Cadre de lecture d’un codon « start » à un codon « stop », où chaque triplet (codon) correspond à un acide aminé ATG gtc atg ttt agc gca atc agg aag tgt aat att ctt cgc tca tta ata aat aag tgg att ata gaa ggc ata ttg act tat gga cgg att act tac cgg gtg aga aat ttg aag tgg aat atg ccc aat att tat act aat acc gat cta gtc aga ttg aga aat gtt cta act gta tca ttg cta aga att act tac tat aag tct aaa tat ctt gtt gta tgg ggg gtg gtc ttt ccc cta cca ata gta aat gta aat cta gct caa ttt ggc ttt att gtc ttg tta aat ccg taa tta gtt aat atg gtg gta tta aag tta caa tat TGA

ATG gtc atg ttt agc gca atc agg aag tgt aat att ctt cgc tca tta ata aat aag tgg att ata gaa ggc ata ttg act tat gga cgg att act tac cgg gtg aga aat ttg aag tgg aat atg ccc aat att tat act aat acc gat cta gtc aga ttg aga aat gtt cta act gta tca ttg cta aga att act tac tat aag tct aaa tat ctt gtt gta tgg ggg gtg gtc ttt ccc cta cca ata gta aat gta aat cta gct caa ttt ggc ttt att gtc ttg tta aat ccg taa tta gtt aat atg gtg gta tta aag tta caa tat TGA …. Val Met Phe Ser Ala Ile Arg Lys Cys Asn …

+a -b -c +d +e -f -g

Familles de gènes G1 G2 G3 G4 a1 b1 c1 a’1 d1 e1 f1 g1 h1 d’1 d’’1 e2

Familles de gènes a1 a’1 G1 a2 a’2 G2 a3 a’3 G3 ? a4 a’4 a’’4 G4

Familles de gènes Exemple: RPGR Retinitis pigmentosa GTPase regulator Joue un rôle dans la coloration des yeux. Presque tous les vertébrés en ont une copie, certains plus d’une, certains n’en ont pas. Super-mammal Super-primate Super-rodent Mouse Rat Human Orangutan Gibbon Humanutan G O, O’ H M R, R’

Arbre de gènes G O M R H R’ O’ G H O’ O M R’ R

Réconciliation Extension de l’arbre de gènes reflétant une histoire évolutive par spéciations, duplications et pertes en accord avec l’arbre d’espèces.

Réconciliation Réconciliation par LCA: minimise duplications+pertes.

Arbre de gènes étiqueté Noeuds étiquetés duplication ou spéciation.

Super-mammal Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal Duplication = gene creates a copy in its species RPGR1 RPGR2 Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal Speciation = gene "splits" into two descending species RPGR1 RPGR2 Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal RPGR1 RPGR2 Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal RPGR1 RPGR2 Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal RPGR1 RPGR2 Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal RPGR1 RPGR2 Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal RPGR1 RPGR2 Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR Super-mammal RPGR1 RPGR2 Super-primate Super-rodent Humanutan Gibbon Orangutan Human Mouse Rat

RPGR RPGR1 RPGR2 G O O’ H M R R’ Duplication Spéciation

RPGR RPGR1 RPGR2 G O O’ H M R R’ Duplication Spéciation

RPGR RPGR1 RPGR2 O M R R’ G O’ H Duplication Spéciation

RPGR RPGR1 RPGR2 O M R R’ G O’ H Duplication Spéciation

Orthologues: LCA spéciation M R R’ G O’ H Duplication Speciation

Orthologues: LCA spéciation Paralogues: LCA duplication M R R’ G O’ H Duplication Speciation

Pourquoi c’est important? Conjecture: Les orthologues ont tendance à être similaires en fonction. Certaines banques de données d’annotation fonctionnelles considèrent cette conjecture ( COG, eggNOG, etc) Quest For Orthologs consortium: "a joint effort to benchmark, improve and standardize orthology predictions through collaboration, the use of shared reference datasets, and evaluation of emerging new methods".

Rhazya stricta Buisson de la famille des Apocynaceae (dont les pervenches) qui pousse en zone aride, en particulier en Arabie saoudite. Produit des alkaloïdes en réponse au stress dû à des conditions climatiques difficiles Utilisés en chimiothérapie pour le traitement de la leucémie et le lymphome de Hodgkin's. Très difficile de répliquer les voies métaboliques produisant ces composés chimiques en laboratoire. Important de retrouver les bonnes copies des gènes.