Étude bioinformatique de l'évolution de l'usage du code génétique

Bioinformatic study on the evolution of codon usage

• Auteur / Autrice : Fanny Pouyet
• Direction : Laurent Guéguen, Dominique Mouchiroud, Marc Bailly-Bechet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 13/09/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive
• Jury : Président / Présidente : Olivier Gascuel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Achaz, Nicolas Galtier, Nicolas Salamin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génome humain

Évolution (biologie)

Code génétique

Mots clés libres

Modèles de codons

Évolution

Code génétique

Biais d'usage du code

Codons models

Evolution

Genetic code

Codon usage bias

Résumé

Le code génétique est la table de correspondance entre codons (unité structurelle d'un gène) et acides aminés (brique élémentaire des protéines). Le code génétique est (1) universel, tous les êtres vivants ou presque partagent le même code; (2) univoque, chaque codon spécifie un seul acide aminé et (3) dégénéré, les acides aminés peuvent être codés par plusieurs codons. Ce code dégénéré est donc utilisé par l'ensemble du vivant mais pas de la même manière, certains codons synonymes étant utilisés préférentiellement chez des espèces et pas d'autres. Pour comprendre l'émergence des biais d'usage du code (BUC) génétique entre espèces, je me place dans un contexte évolutif.Dans ce manuscrit, je présente mes travaux de recherche en quatre parties. La première partie introductive décrit la mise en évidence et les propriétés du code génétique, son biais d'usage et les diverses caractéristiques de précédents modèles de codons. La deuxième partie présente le modèle d'évolution de codons SENCA pour Sites Evolution at the Nucleotides, Codons and Amino-acids layers que j'ai développé durant ma thèse. SENCA prend en compte la structure du code génétique. Je valide sa paramétrisation par des simulations numériques et une étude sur des espèces bactériennes ou archées. La partie suivante décrit deux extensions de SENCA qui modélisent plusieurs hypothèses d'origines évolutives du BUC et une application de SENCA sur les conséquences génomiques d'adaptations environnementales. La dernière partie étudie les origines de variations de BUC le long du génome humain par une approche de génomique comparative

In this manuscript, I introduce my doctoral research in four parts. The first introductive part highlights the properties of the genetic code and its usage bias but also the caracteristics of previous published codons models. The second part presents an evolutionary codons models named SENCA for Sites Evolution at the Nucleotides, Codons and Amino-acids layers that I developped. SENCA takes into account the genetic code structure. I perform simulations and study prokaryotes species to confirm its parametrization. The following part provides two extensions of SENCA to test the hypotheses concerning the evolutive origins of CUB and an application of SENCA to study the genomic consequences of an environmental adaptation. The last part studies the origins of CUB variation within the human genome using a comparative genomic strategy