Exploration de l’influence de la proximité géographique/écologique sur le taux de transfert horizontal des éléments transposables entre espèces : Les Drosophilidae comme modèle d’étude.
Contact : Aurélie Hua-Van (Equipe Evolution et Génome) aurelie.hua-van@universite-paris-saclay.fr
Lieu : Laboratoire Evolution, Génomes, Comportement, Ecologie – Université-Paris-Saclay- CNRS – Gif-sur-Yvette.
Mots-Clés : Eléments transposables, Genomique, Evolution, Transfert Horizontaux, Drosophiles
Exploration de l’influence de la proximité géographique/écologique sur le taux de transfert horizontal des éléments transposables entre espèces : Les Drosophilidae comme modèle d’étude.
Les éléments transposables (ET) sont des entités génétiques considérés comme des parasites génomiques, car capables de se déplacer et de se multiplier au sein des génomes quel que soit leur impact sur la fitness de l’hôte (Hua-Van et al. 2011). Les génomes eucaryotes contiennent des ET en proportions variables, allant de quelques pour cent à plus de 80 %. Bien que certaines insertions puissent être bénéfiques, conduisant à la domestication moléculaire et à des innovations évolutives, la nature invasive des TE nécessite des mesures actives par l’hôte pour maintenir l’intégrité de son génome. La régulation des éléments par le génome hôte telle que la voie piARN chez les métazoaires (Brennecke et al 2008), agit comme un système immunitaire acquis, qui empêche la prolifération des ETs en empêchant leur expression, sans les éliminer. La combinaison de la régulation et de l’accumulation de mutations inactivantes conduit in fine à l’extinction des familles d’ET dans une espèce. La lutte constante contre les ET est évidente au travers de la vaste diversité de familles coexistantes au sein d’un génome (parfois plusieurs milliers), la plupart résidant sous forme de reliques inactivées. Cependant, des familles actives d’ET persistent dans tous les génomes en raison de l’invasion récurrente de nouveaux génomes d’espèces par de nouveaux ET.
Chez les eucaryotes, les ET sont particulièrement enclins au transfert horizontal entre des espèces reproductivement isolées, contrairement aux transferts de gènes qui sont peu fréquents. Des études récentes comparant les séquences d’ET entre des espèces phylogénétiquement éloignées ont révélé l’étendue des transferts horizontaux d’ET (HTT) (Peccoud et al. 2016). Le processus mécanistique derrière les HTT reste largement mal compris, mais les bactéries ou les virus pourraient constituer des vecteurs probables. Les opportunités de transfert dépendent principalement des interactions entre les espèces ou entre les espèces et leurs symbiotes/parasites partagés, suggérant l’implication de facteurs écologiques/géographiques. Le succès d’un nouvel ET à s’amplifier et s’établir dans le génome d’une nouvelle espèce hôte dépend également de divers paramètres, notamment démographiques, populationnels et phylogénétiques, ainsi que d’une dose de contingence, telle que la rapidité à établir les régulations piARN.
L’objectif du stage est d’évaluer l’importance de la proximité géographique ou écologique sur le taux de HTT et l’établissement des ET dans le nouveau génome, par le biais d’une approche bioinformatique et génomique comparative appliquée à un ensemble de génomes assemblés plus de 300 espèces de Drosophilidae, représentant 50 Millions d’années de divergence (Kim et al. 2023). Les séquences d’éléments transposables seront d’abord identifiées dans les génomes, et classifiés en familles selon leur niveau de similitude. Pour chaque famille d’ET partagée entre plusieurs espèces, nous appliquerons ensuite une méthode statistique (Wallau et al. 2016) permettant d’identifier la distribution dans les espèces est le résultat de transferts horizontaux ou non (séquences d’ET trop proches par rapport à la divergence entre espèces selon la diversité). Finalement la distribution géographique des espèces, leur relation phylogénétique, l’origine géographique de leur clade phylogénétique, leur site de ponte seront confrontés aux données afin de déterminer si ces paramètres sont indépendants de profil de transfert horizontal obtenu ou non, par exemple, est-ce que les transferts horizontaux sont plus fréquents entre espèces partageant la même aire géographique qu’entre espèces éloignées géographiquement ?
Références :
- Brennecke, J., Aravin, A.A., Stark, A., Dus, M., Kellis, M., Sachidanandam, R., Hannon, G.J., 2007. Discrete Small RNA-Generating Loci as Master Regulators of Transposon Activity in Drosophila. Cell 128, 1089–1103. https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.01.043
- Hua-Van, A., Le Rouzic, A., Boutin, T.S., Filée, J., Capy, P., 2011. The struggle for life of the genome’s selfish architects. Biol Direct 6, 19. https://doi.org/10.1186/1745-6150-6-19
- Peccoud, J., Loiseau, V., Cordaux, R., Gilbert, C., 2017. Massive horizontal transfer of transposable elements in insects. Proc Natl Acad Sci U S A 114, 4721–4726. https://doi.org/10.1073/pnas.1621178114
- Wallau, G.L., Capy, P., Loreto, E., Le Rouzic, A., Hua-Van, A., 2016. VHICA, a New Method to Discriminate between Vertical and Horizontal Transposon Transfer: Application to the Mariner Family within Drosophila. Mol Biol Evol 33, 1094–109. https://doi.org/10.1093/molbev/msv341
- Kim, B.Y., Gellert, H.R., Church, S.H., Suvorov, A., Anderson, S.S., Barmina, O., Beskid, S.G., Comeault, A.A., Crown, K.N., Diamond, S.E., Dorus, S., Fujichika, T., Hemker, J.A., Hrcek, J., Kankare, M., Katoh, T., Magnacca, K.N., Martin, R.A., Matsunaga, T., Medeiros, M.J., Miller, D.E., Pitnick, S., Simoni, S., Steenwinkel, T.E., Schiffer, M., Syed, Z.A., Takahashi, A., Wei, K.H.-C., Yokoyama, T., Eisen, M.B., Kopp, A., Matute, D., Obbard, D.J., O’Grady, P.M., Price, D.K., Toda, M.J., Werner, T., Petrov, D.A., 2023. Single-fly assemblies fill major phylogenomic gaps across the Drosophilidae Tree of Life. bioRxiv 2023.10.02.560517. https://doi.org/10.1101/2023.10.02.560517
Profil souhaité :
Le projet necessite la manipulation de gros jeux de données de séquences. Nous recherchons un.e candidat.e motivé.e, ayant si possible une connaissance en bioinformatique (génomique) ou maitrisant un langage python et/ou R, et intéressé.e par l’évolution (évolution moléculaire, phylogénie, évolution non adaptative) et la génomique comparative. Toute autre compétence en génétique, génétique des populations, biologie des drosophiles, statistique, sera la bienvenue.