Étude des processus introgressifs en évolution par des méthodes de réseaux

par Raphaël Méheust

Thèse de doctorat en Biologie Evolutive

Sous la direction de Éric Bapteste et de Philippe Lopez.

Soutenue le 09-12-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Evolution Paris Seine (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Morange.

Le jury était composé de Eugene Koonin, Fabrice Not, Chris Bowler.

Les rapporteurs étaient Abdelaziz Heddi, Claudine Médigue.


  • Résumé

    L'évolution des organismes, des génomes et des gènes n'est pas strictement arborescente; les symbioses, les transferts horizontaux de gènes ou encore la fusion de gènes créent des objets composites formés de parties dont les histoires évolutives sont différentes. Ces processus non arborescents sont appelés introgressifs et ont un impact non négligeable en évolution. Ils sont à l'origine de transitions évolutives majeures comme l'émergence des eucaryotes, des eucaryotes photosynthétiques ou encore de nombreux groupes d'Archaea. Dans le cas des eucaryotes, l'association et la stabilisation d'une Archaea et d'une alpha-protéobactérie a permis l'émergence d'un nouveau groupe d'organismes composites aux propriétés émergentes. L'acquisition de la photosynthèse chez les eucaryotes s'est faite via l'endosymbiose d'une cyanobactérie et, bien que débattue, l'apparition des grands groupes d'Archaea semble être concomitante avec l'acquisition de nombreux gènes d'origine bactérienne. Ces superorganismes ont la particularité d'avoir des génomes composés de gènes de différents partenaires symbiotiques. L'objectif de mon travail de thèse a constitué à étudier l'aspect introgressif de l'évolution par des méthodes de réseaux de similarité de séquence et des méthodes phylogénétiques. Je me suis particulièrement focalisé sur la détection de nouveaux gènes chimériques nommés gènes symbiogénétiques (S-gènes) car composés de parties originaires des différents partenaires symbiotiques. De tels gènes existent dans les génomes et plusieurs règles d'association ont pu être mises en évidence. Plus généralement, la présence de S-gènes étend la notion de mosaïcisme génomique au niveau infra-génique.

  • Titre traduit

    Using network-based methods to analyze introgressive events in evolution


  • Résumé

    Evolution of organisms, genomes and genes does not strictly follow a tree-like process; symbiosis, horizontal gene transfers and gene fusions build high level composite objects with components of phylogenetically distinct origins. Such processes have been called introgressive events and are significant in evolution. They are involved in some major evolutionary transitions such as eukaryogenesis, photosynthesis acquisition in eukaryotes and the origins of major archaeal clades. Eukaryogenesis would have involved (at least) two kinds of partners: an archaeon and an alpha-proteobacterium. Photosynthetic eukaryotes arose from the integration of a cyanobacterium into a eukaryotic cell and recent findings suggested that most archaeal lineages emerged after massive acquisitions of bacterial genes. These composite lineages carry highly chimeric genomes where genes from symbiotic partners co-localize into the same genome. During my PhD thesis, I used sequence similarity networks and phylogenetic methods in order to study reticulate evolution. My research specifically focused on a previously hidden component of composite genomes: symbiogenetic genes (S genes). These chimeric genes are found in genetic mergers, and originate from the association of genes of symbiotic partners. Some association rules have been discovered. In a broad perspective, the discovery of S-genes extends the concept of genome chimerism to the within-gene level.


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