Sélection et coévolution de gènes paralogues impliqués dans la synthèse d'amidon au cours de la radiation des angiospermes et chez le maïs, depuis sa domestication

par Jonathan Corbi

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Domenica Manicacci et de Maud Tenaillon.


  • Résumé

    La duplication permet à un gène d'être présent en plusieurs copies dans un génome (gènes paralogues) et peut, à ce titre, conduire à des innovations génétiques. L’ADPglucose pyrophosphorylase (AGPase), composée de deux petites sous-unités (SSU) et de deux grandes sous-unités (LSU), est codée par une famille multigénique chez les angiospermes. Elle catalyse une réaction limitante dans la voie de biosynthèse de l’amidon et représente ainsi une cible potentielle de la sélection. L’objectif de ma thèse a été d’étudier l’évolution de cette famille à l’échelle de la radiation des Angiospermes d’une part, et d’autre part à une échelle intra-spécifique depuis la domestication du maïs. A l’échelle des Angiospermes, les LSUs présentent des sites qui ont évolué sous sélection positive, certains d’entre eux appartenant à des domaines fonctionnels importants (liaison au substrat, domaine d’interaction entre sous-unités). Au contraire, les SSUs ont évolué sous forte contrainte sélective et montrent des traces de coévolution. Chez le maïs, l’AGPase est majoritairement exprimée au niveau de l’albumen (gènes SSUend et LSUend), l’embryon (SSUemb et LSUemb) et les feuilles (SSUleaf et LSUleaf). La combinaison de plusieurs statistiques ainsi que la prise en compte de la démographie suggèrent des histoires évolutives contrastées, les paralogues ayant évolué sous sélection directionnelle (LSUleaf, LSUend, LSUemb), balancée (SSUemb) ou diversifiante (SSUleaf). Ces résultats illustrent le rôle important de la redondance génétique dans la réponse à la sélection et l’évolution des espèces.

  • Titre traduit

    Selection and coevolution of paralogous genes involved in starch biosynthesis during Angiosperms radiation and in maize, since its domestication.


  • Résumé

    Gene duplication allows the emergence of multiple copies of a gene in a genome (paralogs) and can ultimately trigger genetic innovation. The AGPase (ADPglucose pyrophosphorylase) encompasses two small subunits (SSU) and two large subunits (LSU). This enzyme is encoded by a multigenic family in Angiosperms. AGPase catalyses a limiting reaction of the starch synthesis pathway and has therefore been likely targeted by selection. During my PhD I studied the evolution of the AGPase multigenic family at an interspecific, during Angiosperm radiation, and at an intraspecific scale since maize domestication. In Angiosperms, a handful of sites in LSUs exhibited signs of positive selection, some of which belong to functional domains such as the interaction domain between subunits and the substrate-binding domain. In contrast, SSUs have evolved under strong selective constraints without convincing evidence of positive selection. Signs of coevolution however were detected within SSUs. In maize, AGPase is expressed mostly in the endosperm (genes SSUend and LSUend), the embryo (SSUemb and LSUemb) and the leaves (SSUleaf and LSUleaf). Using multiple neutrality statistics and accounting for demography, I have shown that the 6 paralogs have evolved under contrasted selective pressures during or after domestication including positive selection (LSUleaf, LSUend, LSUemb), balancing selection (SSUemb) and diversifying selection (SSUleaf). These results illustrate the importance of genetic redundancy in the response to selection and more generally, in species evolution.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (241 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 223-241

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)78
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