Projet ANR-10-GENM-0017 – PhyloFish : Analyse phylogénomique des duplications géniques chez les poissons téléostéens: une approche par RNA-Seq
Programme : Génomique, Biotechnologies végétales (GENOM-BTV)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Julien Bobe (INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE RECHERCHE DE RENNES)
Partenaires : Biocampus Montpellier; Institut national de la recherche agronomique; Mathématiques et Informatique Appliquées Toulouse; Aix-Marseille université
Montant : 481356.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Caractéristiques et évolution du répertoire des gènes exprimés chez les poissonsÉvolution du répertoire des gènes exprimés chez les poissons téléostéens et impact des évènements de duplication globale du génome. Caractérisation et annotation du répertoire de gènes exprimés.
Une vision globale du répertoire des gènes exprimés chez les poissonsLes poissons téléostéens comptent près de 30000 espèces et représentent donc plus de la moitié des espèces de vertébrés. Toutefois, seuls quelques génomes sont disponibles, pour la plupart parmi des espèces relativement proches au regard de la diversité des espèces existantes. De plus, les poissons ont subi, au cours de 300-350 milions d'années d'évolution, plusieurs évènements de duplication complète du génome qui rendent plus délicate l'annotation des gènes. Les projet a donc pour objectifs d'étudier l'évolution des gènes après duplications (y compris en terme de territoire d'expression) et de fournir une annotation basée sur une analyse phylogénétique systématique. Outre l'étude des sous- et néo-fonctionnalisation des gènes après duplication et la mise à disposition d'une annotation des gènes exprimés chez les téléostéens, le projet va également permettre de générer des ressources génomiques considérables y compris chez des espèces d'intérêt agronomique ou patrimonial majeur.
Une analyse par RNA-seq des gènes exprimés chez les poissons téléostéensUne dizaine de tissus/organes ont été prélevés chez une vingtaine d'espèces de poissons téléostéens et les ARN extraits soumis à un séquençage grâce à la technologie illumina (Hiseq 2000). Le même travail a été réalisé chez 2 espèces de poissons holostéens, n'ayant pas subi de duplication complète de génome contrairement aux poissons téléostéens. Un assemblage de novo a été réalisé pour chaque espèce et utilisé pour déduire les séquence codants des gènes exprimés dans les différents tissus de chacune des espèces. Une analyse phylogénétique a ensuite été réalisée pour caractériser de façon systématique l'histoire évolutive de l'ensemble du répertoire de gènes exprimés chez les espèces étudiées.
Résumé de la soumission : Les duplications génomiques sont au cœur du processus d’évolution des Vertébrés. Ainsi à titre d’exemple beaucoup de familles protéiques présentes chez l’homme sont le résultat des deux duplications génomiques qui se sont succédées à l’origine de la radiation évolutive des vertébrés. Le groupe des poissons téléostéens est de ce point de vue particulièrement intéressant car suite à une duplication génomique surnuméraire à la base de leur radiation évolutive, de nombreux gènes présents en copie simple dans le génome humain sont en copies doubles chez les poissons téléostéens. Ces gènes « surnuméraires » sont en principe disponibles pour l’évolution de nouvelles fonctions et ces innovations évolutives sont une des causes principales à l’origine de la diversification de la vie sur Terre. L’étude de l’évolution des gènes en relation avec les duplications génomiques reste donc une question majeure de la biologie évolutive moderne car elle permet de mieux comprendre les mécanismes par lesquels les génomes évoluent et permettent ainsi la mise en place d’un développement et d’une physiologie propre à chaque espèce de Vertébrés. Malheureusement, nous n’avons toujours pas à l’heure actuelle une connaissance suffisante des génomes de Vertébrés pour pouvoir répondre complètement à cette question. Ce projet contribuera à apporter des réponses à cette question en utilisant comme modèle d’étude la (les) duplication(s) génomique(s) spécifique(s) des poissons téléostéens. Grâce à l’utilisation des nouvelles générations de séquençage à très haut débit, nous proposons de produire de nouvelles ressources de séquences des gènes transcrits chez différentes espèces de poissons choisies sur la base de leur position taxonomique originale par rapport à l’évolution des poissons téléostéens. Ce jeux de données original et pertinent d’un point de vue évolutif, sera utilisé comme base de travail pour la mise en place d’une analyse automatique à haut débit combinant à la fois des analyses phylogénétiques, des recherches de synténies conservées et des corrélations d’expression géniques tissulaires. Les résultats de ce projet permettront d’apporter des réponses à l’échelle du génome à des questions telles que : combien de fois ces gènes dupliqués sont perdus ou retenus de façon indépendante dans différents groupes de poissons et est-ce que ces changements groupes spécifiques, soit du répertoire de ces gènes dupliqués, soit de leur profils d’expression, peuvent être des facteurs évolutifs explicatifs de l’extraordinaire diversité des espèces observée au sein du groupe des poissons téléostéens. De plus, comme cette complexité supplémentaire liée aux duplications génomiques à un impact majeur sur la qualité de l’annotation des gènes chez les poisons téléostéens, notre projet proposera une amélioration de cette annotation basée sur les résultats de notre analyse évolutive. Cela permettra d’établir des liens évolutifs gènes à gènes entre différentes espèces de poissons et de Vertébrés permettant ainsi de transférer de façon rigoureuse des informations fonctionnelles sur tel ou tel gène d’intérêt depuis une ou plusieurs espèces modèles vers des espèces d’intérêt socio-économiques. Pour mener à bien ces objectifs, ce projet réuni cinq équipes de recherche possédant une expertise reconnue dans différents domaines complémentaires de la génomique comme : les techniques de séquençage nouvelle génération, la « transcriptomique », la bio-informatique, et la « phylogénomique ». Ce projet intègre aussi une collaboration formelle avec une équipe Américaine dont l’expertise dans le domaine de la recherche sur les duplications des génomes de poissons, est internationalement reconnue. Enfin, ce projet fournira aussi une masse d’information actuellement sans précédent sur les répertoires des gènes transcrits chez plusieurs espèces de poissons d’intérêt socio-économique.
Résultats : Le projet a permis de générer des ressources génomiques considérables chez une vingtaine d'espèces, dont de nombreuses espèces d'intérêt agronomique ou patrimonial telles que l'anguille européenne, le panga, l'alose, la perche eurasienne, la morue, les salmonidés (truites et saumons, 7 espèces au total), et le brochet. Pour la plupart des ces espèces, peu ou pas de ressources étaient disponibles et ces premiers résultats du projet devraient offrir de nombreuses possibilités d'études chez ces espèces.
Perspectives : Après des étapes successives de collecte d'échantillon et de séquençage de près de 250 banques grâce à la technologie illumina, nous avons pu générer en moyenne 27000 séquences correspondants à des gènes exprimés et ce pour chacune des espèces étudiées. Ces séquences sont actuellement utilisées pour retracer, de façon automatique, l'histoire évolutive de ses gènes chez les poissons téléostéens avec un intérêt particulier pour l'évolution des gènes après duplication complète du génome.
Publications et brevets : Bobe J, Westerfield M, Pontarotti P, Klopp C, Journot L, Postlethwait J, Guiguen Y. Gene annotation with evolutionary support in teleosts with a focus on the salmonid lineage. First International Conference on the Integrative Biology of Salmonids, Oslo 17-20 Juin 2012.