Les organismes-modèles en évolution et développement

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1 Les organismes-modèles en évolution et développement Michel Vervoort Institut Jacques Monod CNRS/Université Paris Diderot 15 rue Hélène Brion Paris cedex 13

2 Définition de la notion d organisme-modèle Pourquoi établir de nouveaux modèles en évolution et développement? Trois grandes approches pour choisir de nouveaux organismes-modèles «Cahier des charges» d un organisme-modèle «idéal»

3 Définition de la notion d organisme-modèle Pourquoi établir de nouveaux modèles en évolution et développement? Trois grandes approches pour choisir de nouveaux organismes-modèles «Cahier des charges» d un organisme-modèle «idéal» modèles animaux modèles en biologie du développement/ évolution et développement

4 Définition de la notion d organisme-modèle Pourquoi établir de nouveaux modèles en évolution et développement? Trois grandes approches pour choisir de nouveaux organismes-modèles «Cahier des charges» d un organisme-modèle «idéal» modèles animaux modèles en biologie du développement/ évolution et développement

5 Exemplary versus Surrogate models " A model can work in one of two ways: either it serves as an example of a larger group, or it acts as a surrogate for another entity of direct interest." Jessica A. Bolker (2009). Exemplary and Surrogate Models: Two Modes of Representation in Biology. Perspectives in Biology and Medicine 52:

6 Bolker 2009

7 Qu est-ce qu un organisme modèle? "Model organisms are non-human species that are extensively studied in order to understand a range of biological phenomena, with the hope that data and theories generated through use of the model will be applicable to other organisms, particularly those that are in some way more complex than the original model." Rachel A. Ankeny and Sabina Leonelli (2011). What s So Special about Model Organisms? Studies in the History & Philosophy of Science 41:

8 Deux hypothèses importantes concernant les organismes modèles "The model systems approach, clearly an extraordinarily powerful way to analyze animal development, is based on certain assumptions. One is that we can extrapolate what we learn from a few model species to many other organisms A second is that the models themselves are a representative sample of extant diversity." Jessica A. Bolker (1995). Model systems in developmental biology. BioEssays 17:

9 Modèles en biologie du développement animal the big six Jeener and Wills 2007 Martinez-Arias and Stewart 2002

10 Critères de choix de ces organismes-modèles *Développement rapide *Temps de génération court *Organismes pas trop volumineux *Organismes faciles à obtenir et à élever *Uniformité du développement (peu de variations entre individus) - actions spécifiques en direction de cela: uniformatisation génétique («lignées pures» etc.) *Raisons historiques *Possibilités d expérimentation (oeufs injectables, embryons transparents,...) Jessica A. Bolker (1995). Model systems in developmental biology. BioEssays 17: Rachel A. Ankeny (2001). Model organisms as models: Understanding the lingua franca of the Human genome project. Philosophy of Science 68, S251-S261.

11 Définition de la notion d organisme-modèle Pourquoi établir de nouveaux modèles en évolution et développement? Trois grandes approches pour choisir de nouveaux organismes-modèles «Cahier des charges» d un organisme-modèle «idéal»

12 Modèles en biologie du développement animal the big six Jeener and Wills 2007 Martinez-Arias and Stewart 2002

13 Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement appartiennent à un petit nombre de phyla et de lignées évolutives. Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement ne permettent pas forcément de répondre à certaines questions importantes en évolution et développement. Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement ne sont pas forcément représentatifs des phyla ou lignées évolutives auxquels ils appartiennent.

14 Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement appartiennent à un petit nombre de phyla et de lignées évolutives. Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement ne permettent pas forcément de répondre à certaines questions importantes en évolution et développement. Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement ne sont pas forcément représentatifs des phyla ou lignées évolutives auxquels ils appartiennent.

15 the big six Jeener and Wills 2007

16 Une phylogénie récente des métazoaires Philippe and Telford, 2006

17 Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement appartiennent à un petit nombre de phyla et de lignées évolutives. Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement ne permettent pas forcément de répondre à certaines questions importantes en évolution et développement. Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement ne sont pas forcément représentatifs des phyla ou lignées évolutives auxquels ils appartiennent.

18 Un exemple: la régénération Bely and Nyberg, 2009

19 Bely and Nyberg, 2009

20 Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement appartiennent à un petit nombre de phyla et de lignées évolutives. Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement ne permettent pas forcément de répondre à certaines questions importantes en évolution et développement. Les organismes-modèles les plus étudiés en biologie du développement ne sont pas forcément représentatifs des phyla ou lignées évolutives auxquels ils appartiennent.

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22 Peel et al., 2005

23 Définition de la notion d organisme-modèle Pourquoi établir de nouveaux modèles en évolution et développement? Trois grandes approches pour choisir de nouveaux organismes-modèles «Cahier des charges» d un organisme-modèle «idéal»

24 Approche phylétique basée sur la position phylogénétique des espèces et leur représentativité par rapport aux groupes auxquels elles appartiennent

25 Approche phylétique basée sur la position phylogénétique des espèces et leur représentativité par rapport aux groupes auxquels elles appartiennent «représentativité» et «diversité»

26 Une phylogénie récente des métazoaires Philippe and Telford, 2006

27 *problème général de la représentativité - Jenner 2006 *représentativité par rapport à quoi? caractères dérivés et ancestraux, lignées basales etc...

28 Une phylogénie très simplifiée des métazoaires

29 Les éponges

30 Les éponges

31 Une phylogénie très simplifiée des métazoaires

32 Les cnidaires

33 Une phylogénie très simplifiée des métazoaires

34 Quelques modèles «émergents» choisis en fonction de leur position phylogénétique Platynereis dumerilii Nematostella vectensis Clytia hemisphaerica Amphimedon queenslandica Oscarella lobularis Parhyale hawaiensis Saccoglossus kowalevskii Lottia gigantea

35 Approche centrée sur les questions biologiques précises auxquelles on s'intéresse

36 "... we argue that choosing new model organisms for their ability to illuminate specific (evo devo) themes offers a more efficient route to general insights" Ronald A. Jeener and Matthew A. Wills (2007). The choice of model organisms in evodevo. Nature Reviews Genetics 8:

37 Jenner and Wills 2007

38 Approche centrée sur les possibilités expérimentales qu'offrent les espèces considérées et leur proximité phylogénétique avec des espèces modèles déjà établies

39 " I argue that, to understand phenotypic change and novelty, researchers who investigate evo-devo in animals should choose a limited number of model organisms in which to develop a sophisticated methodological tool kit for functional investigations" Ralf J. Sommer (2009). The future of evo-devo: model systems and evolutionary theory. Nature Reviews Genetics 10:

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41 En résumé *Choix en fonction de la position phylogénétique *Choix en fonction des questions posées *Choix en fonction des caractères de l organismemodèle *Choix en fonction de considérations pratiques et prospectives

42 En résumé *Choix en fonction de la position phylogénétique *Choix en fonction des questions posées *Choix en fonction des caractères de l organismemodèle *Choix en fonction de considérations pratiques et prospectives Ces choix ne sont pas forcément contradictoires ou exclusifs

43 Définition de la notion d organisme-modèle Pourquoi établir de nouveaux modèles en évolution et développement? Trois grandes approches pour choisir de nouveaux organismes-modèles «Cahier des charges» d un organisme-modèle «idéal»

44 Cahiers des charges 1. Vraiment pratique tu seras!

45 Cahiers des charges 1. Vraiment pratique tu seras! 2. Génétiquement homogène tu seras! (plus ou moins)

46 Cahiers des charges 1. Vraiment pratique tu seras! 2. Génétiquement homogène tu seras! (plus ou moins) 3. Des outils génétiques et/ou moléculaires seront développés

47 Cahiers des charges 1. Vraiment pratique tu seras! 2. Génétiquement homogène tu seras! (plus ou moins) 3. Des outils génétiques et/ou moléculaires seront développés 4. Le génome sera séquencé/assemblé/annoté

48 Cahiers des charges 1. Vraiment pratique tu seras! 2. Génétiquement homogène tu seras! (plus ou moins) 3. Des outils génétiques et/ou moléculaires seront développés 4. Le génome sera séquencé/assemblé/annoté 5. Des banques de données seront développées

49 Cahiers des charges 1. Vraiment pratique tu seras! 2. Génétiquement homogène tu seras! (plus ou moins) 3. Des outils génétiques et/ou moléculaires seront développés 4. Le génome sera séquencé/assemblé/annoté 5. Des banques de données seront développées 6. Couronné de succès tu seras!

50 Quelques modèles «émergents» choisis en fonction de leur position phylogénétique Platynereis dumerilii Nematostella vectensis Clytia hemisphaerica Amphimedon queenslandica Oscarella lobularis Parhyale hawaiensis Saccoglossus kowalevskii Lottia gigantea

51 Cahiers des charges 1. Vraiment pratique tu seras! 2. Génétiquement homogène tu seras! (plus ou moins) 3. Des outils génétiques et/ou moléculaires seront développés 4. Le génome sera séquencé/assemblé/annoté 5. Des banques de données seront développées 6. Couronné de succès tu seras!

52 MERCI POUR VOTRE ATTENTION