Évolution des génomes de bactériophages

Bacteriophages genomes evolution

• Auteur / Autrice : Jihane Amarir-Bouhram
• Direction : Marie-Agnès Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 09/03/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas) - MICrobiologie de l'ALImentation au Service de la Santé humaine
• Jury : Président / Présidente : Suzanne Sommer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Agnès Petit, Suzanne Sommer, Mireille Ansaldi, Stéphanie Marsin, Mauro Modesti, Philippe Noirot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mireille Ansaldi, Stéphanie Marsin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactériophages

Microbiologie moléculaire

Recombinaison génétique

Mots clés libres

Recombinaison

Bactériophages

Appariement d’ADN simple brin

Recombination

Bacteriophages

Single-strand DNA annealing

Résumé

Les génomes de bactériophages ont une capacité remarquable d’évolution. L’objectif de ma thèse a été d’étudier le rôle des recombinases de bactériophages dans cette évolution. Notre hypothèse était que les recombinases phagiques diffèrent de la recombinase bactérienne RecA par une fidélité relâchée lors de la réaction de recherche d’homologie, qui pourrait expliquer en partie la très grande plasticité des génomes de bactériophages. Nous avons tout d’abord utilisé une approche bioinformatique basée sur la recherche d’homologies lointaines pour prédire un maximum de gènes de recombinases dans les génomes entièrement séquencés, puis nous avons confirmé l’activité de recombinaison de certaines d’entre elles, par un test d’appariement d’ADN simple brin entre séquences identiques in vivo. Ceci nous a permis de conclure qu’il existait trois superfamilles de recombinases chez les bactériophages, de type Rad52, Rad51/RecA et Gp2.5, présentes dans 42% des 465 génomes analysés. Dans un deuxième temps, nous avons comparé six de ces recombinases à RecA et avons montré que toutes étaient capables de faire de l’appariement simple brin in vivo, contrairement à RecA. Pour deux d’entre elles, Redβ de Lambda (type Rad52) et Sak4 de HK620 (type Rad51/RecA), nous avons observé que l’appariement simple brin continuait à se produire, avec une efficacité diminuée, jusqu’à 13% de divergence entre les séquences. L’appariement d’ADN simple brin est donc une propriété commune aux recombinases de bactériophages qui les distingue de RecA, et semble pouvoir se maintenir pour un niveau élevé de divergence, ce qui soutient l’hypothèse d’une recombinaison homologue différente et plus relâchée dans sa fidélité chez les bactériophages.

Bacteriophage genomes have a remarkable ability to evolve. The aim of my thesis was to study the role of bacteriophage recombinases in this evolution. Our hypothesis was that such recombinases differ from the bacterial RecA recombinase by a relaxed fidelity during homology search, which may partly explain the high plasticity of bacteriophage genomes. We first used a bioinformatics approach based on remote homology search to predict a maximum of recombinase genes in completely sequenced genomes, and confirmed the recombination activity of some of them by a single-strand DNA annealing assay between identical sequences in vivo. This allowed us to conclude that there were three superfamilies of bacteriophage recombinases, Rad52-like, Rad51/RecA-like and Gp2.5-like, which were present in 42% of the 465 genomes analyzed. In a second step, we compared six of these recombinases to RecA and showed that all were able to anneal single-stranded DNA in vivo, in contrast to RecA. For two of them, Redβ of Lambda (Rad52-like) and Sak4 of HK620 (Rad51/RecAlike), we also observed that they were able to anneal non identical (13% of divergence) single-stranded DNA, with a reduced efficiency. We conclude that the single-stranded DNA annealing is a property common to recombinases of bacteriophages, which is absent in RecA, and seems to tolerate diverged sequences. This supports the hypothesis of a different and more relaxed recombination in bacteriophages.