Arbres génomiques du vivant : nouvelles approches expérimentales

Genomic tree of life : new experimental approaches

• Auteur / Autrice : Quentin Sculo
• Direction : Bernard Labedan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Sciences de la vie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Phylogénie

Arbre du vivant

Génomique

Résumé

Actuellement, l'arbre du Vivant de référence est basé sur la phylogénie de l'ARN 16S. Il a été souvent souligné qu'il présente de nombreux défauts, en particulier une mauvaise résolution au niveau des noeuds profonds, et son manque de consensus avec les arbres basés sur d'autres gènes ubiquitaires. Le nombre croissant de génomes procaryotes entièrement séquencés a donné lieu à de nombreuses nouvelles approches pour reconstruire l'arbre du Vivant en se basant sur un grand nombre de gènes. Mais beaucoup de ces méthodes donnent une phylogénie visiblement biaisée ou aberrante, et les meilleures méthodes sont rarement d'accord entre elles sur les relations entre les branches profondes. J'ai donc développé deux nouvelles méthodes qui visent à améliorer cette reconstruction d'arbres génomiques. Dans la première, la distance inter-génomique est basée sur la distance moyenne entre les orthologues communs. Pour améliorer le signal, les orthologues sont regroupés en familles et sont filtrés selon le nombre de génomes représentés dans ces familles. La deuxième méthode est basée sur une analyse par triplet de génomes. Chaque triplet vote pour la paire de génomes la plus proche en se basant sur les distances relatives entre les orthologues communs. Deux variantes de vote sont utilisées. La somme des votes reçus par chaque paire de génomes détermine leur proximité. Ces nouvelles méthodes, appliquées sur la comparaison des protéomes de 120 génomes séquencés, semblent donner des relations profondes solides comme le regroupement des bactéries hyperthermophiles avec les firmicutes et les fusobactéries, et le regroupement des actinobactéries avec Deinococcus-Thermus et les cyanobactéries.

Currently, the Tree of Life presented in textbooks is based on the 16S RNA phylogeny. But this gene tree has been repeatedly found to present many defects, in particular the very poor resolution of its internal nodes and its lack of consensus with trees based on other ubiquitary genes. The growing number of complete prokaryotic genome sequences has led to designing numerous new methods to build a Tree of Life based on a large number of genes. But a lot of these methods result in a visibly biased or aberrant phylogeny. And the best ones rarely agree with each other regarding the deep branches relationships. This led me to develop two new methods to improve the reconstruction of phylogenomic trees. In the fist one, the inter-genomic distance is based on the average distance between shared orthologues. To increase the signal, the orthologues are grouped in families and filtered based on the number of genomes represented in those families. The second method analyzes the compared genomes by triplet. Each triplet of genomes vote for the pair of closest genomes among the three possible pairs. This vote is based on the relative distances of the orthologues shared by the three genomes. Two variants are used to determine the vote. The sum of the votes received by each pair determines their proximity. These methods, especially the second one, when applied on the proteomes of 120 complete genomes, appear to strongly support several deep relationships between phyla, notably the grouping of hyperthermophilic bacteria with Firmicutes and Fusobacteria, and the grouping of Actinobacteria with Deinococcus-Thermus and the cyanobacteria.