Familles de gènes. Nadia El-Mabrouk

Transcription

1 Familles de gènes Nadia El-Mabrouk

2 Les gènes Parties codantes de l ADN Unités de base de l héridité. Une fois les gènes identifiés, ils doivent être annotés pour leur fonction.

3 Familles de gènes Des gènes «apparentés» peuvent être regroupés en clusters, ou éparpillés dans un ou dans plusieurs chromosomes. Par exemple les gènes Globin:

4 Opazo J C et al. PNA 2008;105: Genomic structure of the β-globin gene cluster in therian mammals.

5 Duplication de gènes Ohno, 1970, «Evolution by gene duplication»: La duplication de gènes (créant des paralogues) est l évènement évolutif principal entraînant l émergence de nouvelles fonctions. L une des deux copies échappe à la pression de sélection et est libre d évoluer.

6 Duplication de gènes Cause la plus courante: Recombinaisons inégales au cours de la méiose. En général du à la présence de répétitions. Donne lieu à des duplications en tandem. a) b)

7 Évolution des gènes a a a b b a c a 1 c 1 a 2 a 2 b 3 b 4 b

8 Évolution des gènes c 1 a 2 a 2 b 3 b 4 b

9 Évolution des gènes c 1 a 2 a 2 b 3 b 4 b

10 Homologie, orthologie, paralogie Homologues: Gènes ayant un ancêtre commun. Orthologues: Leur plus récent ancêtre commun a subit une spéciation. Paralogues: Leur plus récent ancêtre commun a subit une duplication Xénologues: Gènes ayant été transmis par transfert horizontal.

11 Évolution des gènes c 1 a 2 a 2 b 3 b 4 b orthologues

12 Évolution des gènes c 1 a 2 a 2 b 3 b 4 b paralogues

13 Évolution des gènes c 1 a 2 a 2 b 3 b 4 b paralogues

14 Arbre de gènes Pour inférer orthologues/paralogues: 1. Regrouper les gènes par famille. 2. Inférer un arbre de gènes. 3. Le «réconcilier» avec l arbre des espèces pour identifier les duplications et les spéciations.

15 Familles de gènes Les gènes sont généralement regroupés par similarité de séquences. Hypothèse sous-jacentes: Des gènes «similaires» sont originaires d une même copie ancestrale, i.e. sont homologues. Une variété d outils de regroupements des gènes en familles: COG, InParanoid, OrthoMCL, Proteinortho.

16 Méthode d homologie de séquence Méthodes des «best BLAT hits»: Regroupe les copies le plus «similaires» en fonction des scores de BLAT. BBH «Bi-directional best Blast Hit»: Meilleur score de similarité dans «les deux sens»

17 La base de données COG COG: Clusters of Orthologous Groups of Genes Classifie les protéines des génomes complètement séquencés en se basant sur le concept d orthologie. Idée générale: un «bidirectional best hit» n est considéré que s il est «confirmé» par une troisième séquence. Les membres d un COG doivent appartenir à au moins 3 espèces. Cette validation avec une 3 ème séquence a pour but d éviter les erreurs causées par la perte de gènes: choix d un paralogue plutôt qu un orthologue. a b c

18 Arbre de gènes Pour inférer orthologues/paralogues: 1. Regrouper les gènes par famille; 2. Inférer un arbre de gènes 3. Le «réconcilier» avec l arbre des espèces pour identifier les duplications et les spéciations.

19 Arbres de gènes Méthodes phylogénétiques diverses et variées PHYLIP, NJ, PAUP, PhyML, MrBayes, RAxML Banques de données d arbres de gènes divers et variés: Ensembl Compara, PHOG, MetaPHOrs, PhylomeDB, PANTHER.

20 EXEMPLE Arbre d Ensembl Hedgehog proteins (onic, Indian, Desert)

21 Arbre de gènes Pour inférer orthologues/paralogues: 1. Regrouper les gènes par famille; 2. Inférer un arbre de gènes 3. Le «réconcilier» avec l arbre des espèces pour identifier les duplications et les spéciations.

22 Réconciliation Arbre de gènes G pour une famille {g1, g2, g3, g4, g5} provenant des génomes {a,b,c,d} G a b c d g1:a g2:b g3:b g4:c g5:d

23 Réconciliation On ne garde que le nom du génome de provenance G a b c d a b b c d

24 Réconciliation Expliquer la différence entre G et par des événements de spéciation, duplication et pertes. G a b c d a b b c d

25 Réconciliation péciation. G peciation a b c d a b b c d

26 Réconciliation Duplication deux copies dans le génome b G a b c d a b b c d

27 Réconciliation Duplication deux copies dans le génome b une duplication doit avoir eu lieu G Duplication a b c d a b b c d

28 Réconciliation Duplication deux copies dans le génome b une duplication doit avoir eu lieu à l un des deux ancêtres G Duplication a b c d a b b c d

29 Réconciliation Perte Duplication avant la spéciation a-b: a aurait dû avoir deux copies aussi Une copie a dû être perdue dans a G Perte a b c d a b b c d

30 Réconciliation G a b b c d a b b c d

31 Réconciliation Critère de parcimonie: Minimiser duplications+pertes (mutation cost) G g e f a1 b1 b2 c1 d1 a b c d Arbre réconcilié g e e e f a1 b1 a2 b2 c1 d1

32 LCA Mapping LCA Mapping (Bonizzoni et al., 2003) Chaque nœud de G est associé au LCA de ses feuilles dans. g G e f a b c d a b b c d

33 LCA Mapping LCA Mapping (Bonizzoni et al., 2003) Chaque nœud de G est associé au LCA de ses feuilles dans. e g f e e g G f a b c d a b b c d

34 LCA Mapping LCA Mapping (Bonizzoni et al., 2003) Chaque nœud de G est associé au LCA de ses feuilles dans. Un nœud de G une duplication ssi il a la même étiquette que l un (ou les deux) de ses fils. e g f Duplication e e g G f a b c d a b b c d