Structuration des génomes par sélection indirecte de la variabilité mutationnelle : une approche de modélisation et de simulation

par Carole Knibbe

Thèse de doctorat en Approches mathématiques et informatiques du vivant

Sous la direction de Jean-Michel Fayard et de Guillaume Beslon.

Soutenue en 2006

à Lyon, INSA .

mots clés

• Bioinformatique
• Génome
• Mutation (biologie)

Résumé

À long terme, le succès évolutif d'une lignée ne dépend pas seulement de la valeur adaptative de ses fondateurs. Il dépend également de la capacité des descendants à transmettre le génotype ancestral sans mutation délétère, tout en découvrant parfois des mutations favorables. Un niveau intermédiaire de variabilité mutationnelle peut donc être, de fait, indirectement sélectionné. En simulant, à l'aide d'un modèle individu-centré, l'évolution de génomes soumis à la fois à des mutations locales et à des réarrangements chromosomiques, nous montrons que la structure du génome est un levier d'ajustement du degré de variabilité : le nombre de gènes et, de façon plus surprenante, la quantité de non codant s'ajustent en fonction du taux de mutation et de l'impact moyen des mutations géniques, maintenant ainsi un niveau constant de variabilité mutationnelle. L'émergence de ces couplages surprenants suggère que les génomes ne sont pas seulement façonnés par les biais mutationnels et les coûts sélectifs directs, mais aussi, à plus long terme, par des pressions plus indirectes.

Titre traduit

= Evolution of genome structure by indirect selection of the mutational variability : A computational approach

Résumé

In the long term, the evolutionary success of a lineage does not depend only on the fitness of its founders. It also depends on the ability of the descendants to pass on the ancestral genotype without deleterious mutations, while sometimes discovering beneficial mutations. An intermediate level of mutational variability can thus be indirectly selected. Here, by simulating genome evolution under both local mutations and large rearrangements, we show that genome structure is an important component of the variability level: gene number and, more surprisingly, the amount of non coding DNA are adjusted according to the mutation rate and to the deleteriousness of gene mutations. The emergence of such surprising couplings suggests that, aside from mutational biases and direct selective costs, genomes are also shaped by more indirect selective pressures.