LEXIQUE DE G

1
Licence L1S2 toute mention sauf  Sciences du
Vivant  UE de découverte         
Les défis de la biologie 
Jeudi 11 mai 2006 14 à 16h (Amphithéâtre 4
Le Bel)
2
  Sil y a défi(s)       comment le(s)
relever ?
3
Licence L1S2 toute mention sauf  Sciences du
Vivant  UE de découverte    Les
défis de la biologie 
 Pourquoi sintéresser à lhistoire  évolutive
des organismes vivants ? 
Jeudi 4 mai 2006 14 à 16h (Amphithéâtre 4 Le
Bel)
4
Organismes modèles
5
Lévolution fait partie intégrante de la
recherche fondamentale et de lenseignement
supérieur
Toute nouvelle découverte doit être restituée
dans le contexte évolutif Mais
6
Une constante dans lhistoire de
lhumanité      lorigine et lévolution des
organismes vivants ont toujours suscité un grand
intérêt
7
Détermination des liens de parenté entre -
organismes  Histoire évolutive Le support
beaucoup plus tard - gènes Phylogénie      
          
8
Aristote déjà au quatrième siècle avant J.
C. posait ces premières questions chaque être
engendre un autre être semblable à lui... lêtre
est engendré par un être identique à
lui-même il dénombrait déjà plusieurs milliers
despèces il introduisait le mot espèce et par
la même les relations entre espèces, ce qui à
terme (20 siècles) débouchera sur le concept
dévolution (Lamarck, ...puis Darwin)
9
Seule une infime partie des espèces est connue
- le concept despèce nest pas unifié,   donc
le dénombrement est imprécis - linventaire est
partiel et inégal et surtout   impossible - un
nombre immense et inconnu despèces   sont
éteintes quelques chiffres qui évoluent au cours
du temps!...et ce nest pas fini
10
Linné en 1758 connaissait 4163 espèces animales
et un peu plus de plantes Il y aurait(!)
actuellement plus de 1 800 000 espèces vivantes
répertorièes. Mais... lirréalisme dune telle
question, dune réponse de sens.... la synonymie
Carabus cancellatus est décrit pour la
première fois en 1758, cette espèce a depuis
reçu 211 synonymes ! actuellement - 30 000
nématodes répertoriés pour 1 million despèces
  supposées - 1 million dinsectes pour 3 à 30
millions (un facteur 10 !) - 99 des
microorganismes ne sont pas cultivables au
laboratoire et ne sont pas distinguables sur des
critères morphologiques
11
Un peu dhistoire
12
Il y a 3,8 milliards dannées    des éléments
minéraux sassemblent pour constituer - les
premières molécules organiques - les premières
macromolécules - donner naissance au métabolisme
13
lipides et cellules
replication ADN
archea
eubactérie
LUCA
ADN db (petit)
métabolisme
protéines
ribosome code g.
RNP
ARN
catalyse
14
Protéines ARN ADN
dogme central de la biologie
15
Fixer la/une nouveauté, la stabiliser dans le
temps il y a sélection de la
replication de lADN, stabilité de
linformation transfert entre générations
16
On parle de gène(s) avant de parler plus tard de
génome
Watson
Crick
(désoxyribo)nucléotide A, T, C ,G, on mesure les
génomes en 1000 nucléotides 1Kb 1000 Kb 1
Mb 1000 Mb 1 Gb
17
Gène objet génétique pour simplifier une
fraction dune grande molécule dADN où lon peut
positionner - un début - une fin qui porte une
information. Cette dernière après p étapes de
réactions biochimiques donnera une forme
(phénotype)
18
une protéine fait en moyenne 500 résidus (acide
aminé) (de qq dizaines à rarement plus de
4500) dans un cas simple la séquence de
nucléotides pour faire cette protéine sera de
1500 nucléotides ou 1,5 Kb (X3) et la
séquence codante du gène sera de 1500
nucléotides (ce nest pas la définition dun
gène! avec ses séquences régulatrices un
géne sera toujours dans cecas simple plutôt
voisin de 2 Kb)
19

• Doù dérive ce terme génome?
• le mot génome a été utilisé pour la première fois
  en 1920 (H. Winckler)
• lensemble des caractères héréditaires dun être
  biologique donné
• à cette époque cela signifiait le lot de
  chromosomes

20
Les gènes (objets génétiques) - se créent
fusions, délétions, éléments transposables
éléments répétés - vivent expréssion
génique - meurent/disparaissent pseudogènes et
reliques mais    il faut dabord savoir
les identifier - donc certains sont cachés...où
? comment les détecter ?
21
établir des règles de recherche, mais ces objets
sont très variables en organisation et en
taille ces règles didentification sont (et
resteront sans doute longtemps) imparfaites
basées en partie sur la similarité, donc le
connu le nombre de gènes contenu dans lADN
,le génome, dun organisme donné est toujours
une question ouverte par exemple la
levure de boulanger
22
Inventaire
Créer des gènes, nouveaux gènes, nouveautés
génétiques - duplication (compter les gènes)
copier puis coller de lADN dans de lADN -
gène entier ou fragment ou morceau dADN mais
il faut aussi réduire - délétion (compter les
gènes) couper, déléter puis recoller lADN -
fusion entre deux gènes, deux fragments ou
un fragment de gène et un morceau dADN
23
Eléments transposables (objet génétique)
séquence dADN capable de se déplacer de façon
     autonome et de se multiplier dans le
génome Ils sinsèrent au hasard dans le
génome (sens dinsertion) et vont parfois
détruire lorganisation de gènes
mutations
24
les éléments transposables peuvent être très
nombreux par exemple chez lhomme quantification
à partir du génome séquencé 2 869 000 éléments
soit 42 du génome (110 familles, I) En
général, ces chiffres varient dune espèce à
lautre et dune population à lautre dans une
espèce donnée (voire dun individu à lautre!)
25
Impact sur les génomes des éléments
transposables - séquences répétées identiques
peuvent se remanier on dit recombiner -
insertion dans un gène mutation(s) selon p
déclinaisons évolution du génome
26
Lorganisation du monde vivant
Animaux Bactéries Végétaux
jusquen 1960
Eubactéries Eucaryotes        Archées

depuis 1990
27
Les génomes de procaryotes sont
       relativements petits (600 à 13000 kb)
Les génomes deucaryotes sont de tailles
    extraordinairement variables
28
Les génomes deucaryotes sont de tailles
extraordinairement variables - en taille
haploïde de qq Mb à qq centaines de Gb - des
organismes prochesont des tailles de génomes
très   différentes - pas de relation entre
taille du génome et complexité   de lorganisme
29
Musa domestica insecte/mouche 900 Mb Anopheles
gambiae insecte/moustique 280 Mb Drosophila
melanogaster insecte/mouche 125 Mb Amoeba
dubia amibe 670 Gb Pinus resinosa conifère
68 Gb Gallus gallus oiseau 1,2 Gb
30
Il existe une bonne corrélation entre taille du
génome           et taille des cellules et de
leur noyau et on observe en général - grands
génomes grandes cellules divisions lentes -
petits génomes petites cellules divisions
rapides
31
  Forces évolutives, contraires, agissant sur
       la taille des génomes deucaryotes
Diminution délétions pertes dADN sélection
pour réduire le coût de la X
                                    Augmentation d
uplications gain dADN sélection pour
augmenter ladaptation à un biotope donné
32
Phylogénie classer, relier
33
PRIMATES
Lorisiformes
3
2
Strepsirrhiniens
Lémuriformes
4
1
Tarsiiformes
6
Platyrrhiniens
8
5
Haplorriniens
Cercopithécoïdes
10
7
Simiiformes
Hylobatoïdés
9
12
Catarrhiniens
Hominines
Homininés
19
11
17
Hominoïdes
Hominidés
Panines
18
15
Gorillinés
16
13
Hominoïdés
Pongidés
14
34
Comparer
35
Quels types doutils pour explorer les
génomes? - séquencer lADN (moderne et ancien)
depuis 1977 (ancien archéologie et
domestication) - la génétique, seule discipline
de la biologie qui ne fait pas appel à la
physico-chimie mais à la statistique croiser X
des parents différents (ressemblance
dissemblance) compter la descendance (test
statistique) en tirer une loi (comment ceci
ségrège) Gregor Mendel 1864
36
Bonobo
   Le Condottiere par Antonello de Messine
1430-1479
99 identité en ADN
24
23
37
le chromosome 2 de lhomme résulte de la
fusion de deux chromosomes du chimpanzé (23
paires/24 paires) dautres montrent des
différences     de tailles (5, 6, 9 et 12)
38
le chien, un loup (Canis lupus) domestiqué
   il y a environ    15000 ans variabilité à
partir dun génome - sélection par lhomme -
quels sont les gènes qui permettent ces
différences? - comment?
39
Bouviers Bernois
Beauceron Berger Allemand
Westie Yorkshire
Borders Collies
D.Bordeaux

Epagneul Breton
Boxer
Cocker Anglais
Pointer
Caniche moyen Coton de Tuléar

Setter Gordon
Shih Tzu
Lhassa-Apso
Labrador
40
partir de la séquence
41
CTAATAAAAAGAAATGGTATTCTGCCAAACACCAAAGTGCCAAATAAGCA
TTATTTTACATAGTACGAAATGGAAATTACGTCAATTATCGACATTATGA
CATAAAATTGGATTTAACAAGATGTCTGAATCTGATATGCTTCTTTCATT
AGGGTGGAAATAACAGCATTTGAGAGAAGCAATTGCCAAGCTTCTATGAA
AATTTTCTAGAAGGCAAGAGTATTTCAGACTTTCCTAATATGAAAGGACA
AATTGACACTAATGTCTGATTATGGCCAATTCCTGCGGTAAATTACACGG
CGATTACGGCGACATGAGCTCACATTCATCACTCTATGGGACAAATGTTT
CCAAACTGGGCGCAACAAACACCTGATGTGACTCCTACCCTTTGGACAAT
GCAGATCCACGCTACGGCAAATTAGTCAAATGCACTAGAACATGGCGCAA
GTACTTATTGTGACCTTTGGGGTACCGTTACCGTCAGTTTTCTTCAGCTA
AGGCGCGCGCGCCAGATAACTAAAAAAAAATATAGTTGCTGCTTAAAAAA
CAATACACCCGTACTCTCTTGCCTGTAAAAACCTCGAAGGACCAAAGATA
CCCTCAAGGTTCTCATCTGTGCGGTATTCTTCAAATTACAATGACATTTC
CCAAAATTATCAGATGTGCTCAGGTATCTTCTCTCCAATGAGATGAGACA
GATGAACATATTTGACCTTGAAGGTCATGGAAAGTAGGTTGAGAGCAAAT
GTGTAGAACGAAATTAAGAAAAAAAGAAATTACGCACGGCATTAGCTCGA
TGACTTAGTTATAAATAGAGGCCTGGTATCGGCTGTCATGATCTCATCTC
TTCCCTATTTACAAAAAAACTGCAAGTATAGACAATAAAACAACAGCACA
AATATCAAAAAAGGAATTATGAGCAACGTTACTACGCCGTGGTGGAAACA
ATGGGACCCTTCTGAAGTTACACTTGCCGATAAAACCCCTGATGATGTGT
GGAAGACCTGTGTTTTGCAAGGTGTTTACTTTGGTGGAAACGAGTACAAT
GGTAACTTAGGTGCCAGAATATCTTCCGTCTTTGTTATTCTTTTCGTGAG
TACTTTTTTCACCATGTTCCCATTAATCTCAACAAAAGTGAAAAGATTGA
GAATTCCTCTATATGTTTACCTTTTCGCAAAGTATTTTGGTTCCGGTGTT
ATTGTTGCAACCGCATTTATCCACTTAATGGACCCTGCTTATGGTGCGAT
TGGTGGTACCACTTGTGTAGGACAAACCGGTAACTGGGGTCTTTATTCAT
GGTGTCCTGCCATTATGCTAACGAGTTTGACCTTCACTTTCCTTACTGAT
CTATTCAGTAGCGTCTGGGTTGAAAGAAAGTATGGTCTTTCCCATGACCA
TACCCACGATGAAATTAAAGACACTGTTGTGAGAAACACTGCAGCTGTTT
CAAGTGAGAATGACAATGAGAATGGTACTGCAAATGGATCTCATGACACC
AAGAACGGAGTAGAGTATTATGAAGATTCAGACGCTACATCCATGGATGT
TGTTCAATCATTTCAAGCACAATTTTATGCCTTTTTAATTTTAGAATTCG
GTGTGATTTTCCACTCCGTTATGATCGGTCTAAACCTGGGAAGTGTTGGT
GATGAGTTCTCCTCCCTATACCCTGTCTTAGTGTTCCATCAATCATTTGA
AGGTTTAGGTATTGGTGCAAGATTGTCAGCCATTGAATTCCCTAGATCAA
AGAGATGGTGGCCATGGGCCCTATGTGTTGCGTATGGGTTAACCACACCA
ATCTGTGTGGCCATCGGTTTGGGTGTTCGTACCAGATACGTCAGCGGTTC
TTACACTGCGCTTGTTATCTCTGGTGTTTTGGATGCCATTTCTGCTGGTA
TCTTATTGTACACTGGTTTGGTTGAACTACTAGCAAGAGACTTTATATTC
AATCCTCAAAGAACAAAGGATCTAAGAGAATTGTCCTTCAACGTTATATG
CACTCTTTTCGGTGCTGGTATCATGGCTTTGATCGGTAAGTGGGCTTAAA
CCAAAGCGAAATTCTGCATGTTCCATATAGATTCTATTTCATATTTTATA
GTTATTTATTCTTTAGTAATAGCAAAAAAACAGTAATAATTTTTCTTTAA
CAGTCTCGGACAATAAATACGCTAAAGAAGATGAAAATGACAACTTTTAC
GCTGGTGTGCACAAGTGGTACCAGAATACGTGGCCACCAAAACAATGACG
GATATAGGGAGAACCAAGTCTAGAAATTACAAATGTTCTTTTGACGGTTG
TGAGAAAGTCTACAACAGACCTAGTTTGCTTCAGCAACACCAAAATTCGC
ATACCAATCAAAAGCCGTATCATTGTGATGAGCCGGGATGTGGCAAAAAA
TTTATAAGACCGTGCCATCTACGAGTTCACAAATGGACTCATTCACAAAT
CAAGCCCAAAGCGTGCACATTATGTCAAAAAAGATTTGTCACAAATCAGC
AATTAAGAAGGCATTTAAATAGTCATGAAAGAAAAAGCAAGCTTGCATCA
AGAATTGACCGTAAACACGAAGGAGTGAATGCGAATGTGAAAGCAGAACT
CAATGGCAAGGAGGGAGGTTTTGACCCAAAATTACCTTCCGGCTCTCCAA
TGTGTGGTGAAGAATTCTCGCAAGGTCATTTGCCTGGATATGATGACATG
CAAGTGCTACAATGCCCATACAAATCATGTCAAAAAGTTACCAGCTTCAA
TGACGATCTAATAAATCATATGTTGCAACATCATATAGCAAGTAAGCTTG
TTGTACCATCTGGAGAT

42
pour aboutir à une carte physique
43
(No Transcript)
44

Dans génomique on retrouve - gène -
génétique
45

Un peu dhistoire de la génétique - loi de
Mendel 1864 (1903) - ADN est le matériel
génétique 1944 - structure de lADN 1953 - code
génétique 1961 - lADN recombinant 1973 - les
introns 1977 - séquençage de lADN 1977
46

• Des questions déjà posées
• - quest ce quun gène?
• - comment(méthode) détecter un gène ?
• mais aussi
• - comment identifier la fonction dun gène
  (stratégies) ?

47

Déterminer les objets génétiques suivre des
régles identifier le début et la fin dun objet
pour conclure, - gène codant pour une protéine -
gène dARN,... - transposon, ... - etc
48

On parle alors de génomique
49
     La domestication du chien deux
hypothèses - une seule en Eurasie ou - deux
indépendantes en Eurasie et en Amérique Lanalyse
delADN de squelettes de chiens venant des sites
archéologiques Alaska, Mexique, Pérou,Bolivie
comparée à celles issues de 250 loups actuels (30
sites de part le monde) et de 140 chiens actuels
(67 races) indique que les chiens d Amérique
dérivent de 4 types (haplotypes) de chiens
actuels. Quil ny a eu quune seule
domestication en Eurasie, quil y a eu une
divergence significative parmi les lignées de
chiens dEurasie avant quils naccompagnent les
humains dans leurs migrations pré-Colombienne
vers lAmérique
50
La malaria résulte de linfection de H. s. s. par
un parasite le Plasmodium falciparum(Apicomplexés
). Le génome de P. falciparum révèle la présence
dADN chloroplastique (non photosynthetic
chloroplaste like) et indique que cet organisme
résulte en fait dune endosymbiose, très
lointaine, avec une algue. Il se multiplie dans
le sang de lhôte et na pas de rapport avec les
végétaux. Aplication recherche de drogues
spécifiques (action sur le chloroplastes par sur
H. s. s.)
51

        On observe et on observera          dans
tous les génomes que - la redondance génique
est élevée - il existe des gènes de fonction
inconnue
52

• Sil y a duplication,
• il y a évolution biologique (histoire)

53

• - les êtres vivants ont une histoire
• - cette histoire est transmise....
• - cette histoire est lue grâce à la génétique et
  aux génomes

54

• - grâce à la génomique on peut
• étudier des organismes réfractaires à
• une analyse expérimentale
• taille, cycle de reproduction, milieu
• atypique, etc...

55
étudier des organismes qui ne sont pas
analysables/cultivables sous forme isolées (non
clones, populations, ) métagénomique
ADN dorganismes présents dans les boues
des stations dépuration
56

• séquence danammox
• anaerobic ammonium oxidation
• la bactérie anammox a
• - un temps de division long deux semaines-
•  - elle nest pas cultivable sous forme de
   culture pure mais dassociations complexes  de
  microorganismes

57

• expérience
• - un bioréacteur de laboratoire,
• - UN AN de culture,
• - le DNA total, mélange, est extrait,
     séquençé, x étapes...
• 29 types taxonomiques identifiés sous
•      forme de génomes

58

• la biodiversité est très faiblement explorée et
  mesurée, mais la génomique va permettre
• ,en partie,
• cette exploration et de façon peu coûteuse

59

• Eucaryotes (gène codant pour une protéine)
• - Saccharomyces cerevisiae    5807
• - Caenorhabditis elegans 14824
• - Drosophila melanogaster 13600
• - Schizosaccharomyces pombe  4824
• - Arabidopsis thaliana 25498
• - Homo sapiens sapiens 23000
• - Oryza sativa 30-50000
• - Ratus norvegicus 22400
• - Tetraodon negroviridi 22400

60

• Quel est limpact du début de la période
  génomique? Quavons nous appris ?
• - le nombre de gènes est limité
• - la redondance génique est élevée
• - dans chaque génome on observe des  gènes de
  fonction inconnue

61
     Merci de votre intérêt pour
         lanalyse des génomes