Évolution de la canalisation génétique dans un modèle quantitatif de réseau de régulation

par Estelle Rünneburger

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Arnaud Le Rouzic.

Soutenue le 19-12-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne) , en partenariat avec Evolution, Génomes, Comportement et Ecologie (Orsay, Essonne) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .


  • Résumé

    La canalisation génétique est définie comme la capacité d’un organisme à avoir un développement constant en dépit des mutations qui l’affectent. A l’heure actuelle, trois hypothèses majoritaires cherchent à expliquer l’apparition de ce processus : évolutive, congruente et intrinsèque. Pour tester ces hypothèses, j’ai choisi d’étudier les réseaux de régulation. Pour cela, j’ai réutilisé un modèle théorique pour simuler in silico l’évolution des architectures génétiques, et les analyser par les outils de la génétique quantitative. J’ai d’abord étudié les comportements évolutifs de notre modèle et sa capacité de réponse à la sélection stabilisante. Outre l’analyse de l’impact des paramètres du modèle, j’ai mis en évidence l’absence d’équilibre mutation – sélection – dérive après des milliers de générations du fait de l’augmentation progressive de la canalisation. J’ai ensuite montré que les réseaux soumis à des mutations fréquentes et fortes, sélectionnés vers des optimums phénotypiques extrêmes, et dans lesquels certains gènes sont laissés libres d’évoluer sont plus aptes à faire évoluer de la canalisation génétique. Ces résultats nous ont amenés à proposer un double mécanisme impliqué dans l’évolution de la canalisation dans les réseaux de régulation : la réduction de la cible mutationnelle et la redondance de la régulation génique. Je termine ce manuscrit en présentant quelques pistes d’études complémentaires, portant notamment sur l’étude de la canalisation contre les perturbations environnementales et l’utilisation de modèles alternatifs.

  • Titre traduit

    Evolution of genetic canalization in a quantitative model of gene regulatory networks


  • Résumé

    Genetic canalization is defined as the capacity of an organism to undergo a normal development even when the genome is altered by mutations. Currently, three main hypotheses are prone to explain the apparition of such a process: evolutionary, congruent and intrinsic. To test these hypotheses, I chose to study gene regulatory networks. To this end, I used a theoretical model, ran in silico simulations, and analyzed the genetic architecture by using quantitative genetics tools. I first studied the evolutionary behavior of the model, and its capacity to respond to stabilizing selection. In addition to the sensitivity analysis to model parameters, I evidenced the absence of mutation-selection-drift equilibrium after several thousand generations, which reveals the evolution of canalization. I also showed that networks submitted to frequent and large mutations, and/or selected toward extreme phenotypic optima are more prone to evolve genetic canalization. This result leads us to propose a two-fold mechanism able to explain the evolution of canalization in gene regulatory networks: shrinkage of mutational targets and redundancy in genetic regulation. At the end of this manuscript, I propose some possible future studies, such as the study of canalization towards environmental perturbations, and use of alternative models.


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