Dynamique des génomes et évolution du métabolisme lipidique chez les levures du clade Yarrowia

Genome dynamics and evolution of the lipid metabolism in yeasts of the Yarrowia clade

• Auteur / Autrice : Stéphanie Michely
• Direction : Cécile Neuvéglise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science de la vie et santé
• Date : Soutenance le 19/05/2014
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Denis Faure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Neuvéglise, Thierry Chardot, Emmanuel Talla
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Brigitte Thomasset, Olivier Lespinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides -- Métabolisme

Génétique

Yarrowia lipolytica

Mots clés libres

Levures

Genomique comparée

Évolution

Transcriptome

Yarrowia

Yeasts

Comparative genomics

Evolution

Transcriptome

Yarrowia

Résumé

Yarrowia lipolytica appartient à un groupe de levures qui a divergé très tôt dans l'arbre des hémiascomycètes. Cette levure est capable d'utiliser, comme seule source de carbone, des substrats hydrophobes très variés et est capable de synthétiser de nouveaux acides gras libres à partir de composés non hydrophobes. Ces caractéristiques font de Y. lipolytica un modèle de levure hémiascomycète pour l'étude du métabolisme des lipides. Sa capacité oléagineuse est facilitée par l'expansion de familles de protéines ayant eu lieu au cours de l'évolution après la divergence du clade Yarrowia. En effet, parmi les 204 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides dans Y. lipolytica, plus de 67% sont regroupés dans 30 familles multigéniques avec un maximum de 16 membres pour la famille de la lipase. Le récent séquençage de génomes 5 dans le clade Yarrowia a permis de comparer leur contenu génétique. L'étude des familles de gènes du métabolisme des lipides a permis de mettre en évidence les mécanismes impliqués dans l'évolution de ce clade. Toutes les fonctions nécessaires pour le métabolisme des lipides sont présentes dans toutes les espèces étudiées, avec au moins un gène par famille, même pour les espèces qui ont de 500 à 1000 moins de gènes que Y. lipolytica. Ces espèces se sont d'ailleurs révélées être toutes oléagineuses, grâce à des études physiologiques. Les familles de gènes observées proviennent de multiples duplications de gènes dont chaque exemplaire évolue indépendamment par différents processus de sub- ou neofonctionalisations, fixations, pseudogénisations ou pertes. Les contractions et expansions de familles de protéines, l'expression des gènes, la synténie et la localisation relative des gènes dans le génome ont été étudiés. Plus particulièrement, la pression de sélection agissant sur ces familles de gènes a été comparée à celles agissant sur le reste du génome. La combinaison de ces approches, physiologie, génomique et transcriptomique, a permis d'améliorer la compréhension du métabolisme lipidique, de son évolution et de la régulation des gènes dans un clade des levures oléagineuses.

Yarrowia lipolytica belongs to a group of yeasts that have diverged very early from most other hemiascomycetous yeasts. This yeast is able to use various hydrophobic substrates as unique carbon source and to synthesize new free fatty acid from non hydrophobic compounds. These characteristics make Y. lipolytica a known oleaginous model for the lipid metabolism survey of yeasts. Its oleaginous capacity is facilitated by protein family expansions that occurred across evolution after the divergence of the Yarrowia clade. Indeed, among 190 genes involved in the lipid metabolism in Y. lipolytica, more than 67% are grouped into 30 multigenic families with up to 16 members in the lipase family. The recent sequencing of 5 genomes within the Yarrowia clade enabled to compare their gene content. The study of gene families of the lipid metabolism allowed to highlight the evolutionary mechanisms involved in this clade. All the functions necessary to lipid metabolism are present in all species studied with at least one gene per family even for species that have 500 to 1,000 fewer genes than Y. lipolytica. These species are also found to be all oleaginous through physiological studies. The observed gene families derive from multiple gene duplications of which each copy evolves independently by different processes of sub- or neofunctionalisation, fixation, pseudogenization or loss. Contractions and expansions of protein families, gene expression, synteny and relative localisation of genes in the genome were investigated. More particularly, the selection pressure acting on these gene families was compared with those acting on the rest of the genome. The combination of these approaches, physiology, genomics and transcriptomics, has improved the comprehension of the lipid metabolism, its evolution and gene regulation within a clade of oleaginous yeasts.