Différences entre Homme et singes?

Différences entre Homme et singes?

Différences entre Homme et singes?

Apparition de l œil?

Apparition du vol?

Apparition des hémoglobines?

Molécule d hémoglobine HEME Chaîne polypeptidique de type 2 Chaîne polypeptidique de type 1 Chaîne polypeptidique de type 1 Chaîne polypeptidique de type 2

Molécule d hémoglobine HEME Chaîne polypeptidique de type 2 Chaîne polypeptidique de type 1 Chaîne polypeptidique de type 1 Chaîne polypeptidique de type 2 Evolution de la synthèse des différentes globines chez l Homme

Famille des gènes bêta Famille des gènes alpha Évolution probable des globines humaines (construction effectuée avec le logiciel phylogène)

Organisation en clusters des gènes globines chez l Homme

Évolution probable des gènes de globines humaines

Évolution probable des gènes de globines humaines Gènes homologues = gènes ayant un ancêtre commun Gènes orthologues = gènes homologues dans différents organismes Gènes paralogues = gènes homologues dans le même organisme (gènes dupliqués)

Les familles de gènes Importance, origine et évolution Billiard Sylvain 2006 (cours IUP génomique 3ème année + M2R)

C est quoi? Les familles de gènes Importance, origine et évolution Billiard Sylvain 2006 (cours IUP génomique 3ème année + M2R)

C est quoi? Les familles de gènes Importance, origine et évolution Sont-elles nombreuses? Billiard Sylvain 2006 (cours IUP génomique 3ème année + M2R)

C est quoi? Les familles de gènes Importance, origine et évolution Sont-elles nombreuses? D où viennentelles? Billiard Sylvain 2006 (cours IUP génomique 3ème année + M2R)

C est quoi? Les familles de gènes Importance, origine et évolution Sont-elles nombreuses? D où viennentelles? Que deviennentelles? Billiard Sylvain 2006 (cours IUP génomique 3ème année + M2R)

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Organization of the human genome.

Clustering in the human genome.

Quelques définitions Ressemblance de séquences Familles de gènes si > 50% de similitude entre séquences Gènes identiques Cluster ARN ribosomal type 5S (2000 gènes sur chromosome 1) Gènes fonctionnellement identiques Histones Gènes fonctionnellement similaires Globines Gènes fonctionnellement apparentés Récepteurs nucléaires des hormones stéroïdes

Importance des familles de gènes (Betran et Long 2002) Espèces Part relative des gènes faisant partie d une famille Nombre de familles de protéines Levure 30 4 300 C. Elegans 48? Arabidopsis 60? D. melanogaster 40 8 000 H. sapiens 38 10 000

Importance des familles de gènes chez les vertébrés

Organisation des familles de gènes Clusters Dispersés Et toute la gamme de variation entre clusters et dispersés

Chromosomal distribution of the human histone gene family.

The organization of HOX gene clusters in mammals and Amphioxus

Examples of human clustered gene families.

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Mécanismes de création de support d informations génétiques Transposition Surtout éléments mobiles Scission de gènes Mosaïque Duplication totale ou partielle Taux de duplication

Différents mécanismes de duplication partielle

Espèces Taux de duplication Taux de duplication (par gène par millions d années) Demi-vie (millions d années) C. elegans 0.0208 2.9 Levure 0.0083 Homme 0.0071 7.3

Mécanismes de création de support d informations génétiques Transposition Surtout éléments mobiles Scission de gènes Mosaïque Duplication totale ou partielle Duplication mécanisme principal pour constitution des familles de gènes Le génome des eucaryotes semblent être un terrain de test pour nouveaux gènes

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Devenir des duplications?

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes Mutation et divergence 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Divergence par mutation

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes Mutation et divergence Perte de fonction = pseudogènes 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Perte de fonction et formation de pseudogènes

Clustered gene families often contain nonprocessed pseudogenes and truncated genes or gene fragments

Examples of human clustered gene families.

Wang et al. 2006

Wang et al. 2006 Perte de fonction peut-être adaptative! (septicémie)

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes Mutation et divergence Sélection stabilisante (ou conservatrice) 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Maintien de la séquence et de la fonction par sélection

Molécule de parathion (insecticide)

Génomes possibles des moustiques résistants

Redondance et robustesse P1 P1 Gène E Mutation délétère Gène E P2 P2 Sans redondance => pas robuste (phénotype modifié) Gène Gène E P1 P2 Mutation délétère Gène Gène E E P1 P2 Avec redondance => robuste (phénotype non modifié)

Maintien de fonction par sous-fonctionnalisation automatique Otto 2003, Adams et al. 2003

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes Mutation et divergence Sélection stabilisante (ou conservatrice) Sélection diversifiante 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Sélection de la diversité de séquences par sélection

Avantages de la diversification des duplications (Center) Structure of a typical immunoglobulin (antibody) protein. (Bottom) Rearrangement of the light chain genes during B lymphocyte differentiation. (Top) Rearrangement of the heavy chain genes.

Opsin genes cluster Avantages de la diversification des duplications

Human opsin et opsin-like proteins ROUGE VERT PEROPSINE BLUE RHODOPSIN

Coûts de la redondance Taille génome et taille des cellules Génome gourmand en espace, énergie et nutriments

Coûts de la redondance Taille génome et taille des cellules Dépend de l écologie des espèces Parasites intra- < extra- cellulaires Ex. : Plasmodium falciparum, 25Mb Groupe le plus proche = grégarines 10 000x

Coûts de la redondance Taille génome et taille des cellules (endoparasite) Vitesse multiplication cellules? Origines de réplication pas forcément plus lent

Coûts de la redondance Taille génome et taille des cellules (endoparasite) Vitesse multiplication cellules? Coûts directs => surproduction d une protéine Ex: Résistance aux insecticides chez moustique Coûts indirects Reconnaissance du soi lorsque trop divers «imbalance» (déséquilibre dans les concentrations des enzymes => enzyme produite non utile => enzyme trop produite qui agit ailleurs => etc.

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes

Apparition de nouvelles fonctions

Exemple de création de nouvelle fonction par duplication (Ceci est une morue de l antarctique)

Exemple de création de nouvelle fonction par transposition

Feuilles Symbiose Bactéries (intestins) Insectes - fruits

Feuilles Symbiose Bactéries (intestins) Insectes - fruits

RNASE1B peut digérer ARN bactérie en milieu acide (intestins) MAIS RNASE1B a perdu fonction RNASE1 (digestion ARN double brin) Evolution rapide Pas évolution

La glycolyse réseau complexe

Les familles de gènes Importance, origine et évolution 1. Définitions, importance et organisation des familles de gènes 2. Création et évolution de support de l information génétique 3. Évolution des familles de gènes 4. Acquisition de nouvelles fonctions et complexité des organismes Conclusions

Les différentes évolutions possibles de gènes dupliqués

Apparition de l œil? Apparition d un organe de détection des rayons lumineux et évolution vers l œil?

Apparition et étapes de l évolution de la vision et de l oeil

Apparition du vol? Apparition d un organe et évolution vers le vol?

Apparition et étapes de l évolution du vol

Différences entre Homme et singes? 7 retrogenes fonctionnels chez Homme et autres primates : Expression dans les testicules chez Homme Dans autres tissus chez primates