Impact phénotypique des réarrangements chromosomiques et évolution des génomes de levures

Phenotypic impact of chromosomal rearrangements and evolution of yeast genomes

• Auteur / Autrice : Aubin Fleiss
• Direction : Gilles Fischer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 14/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie computationnelle et quantitative (Paris ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédérique Peronnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gianni Liti, Jean-Baptiste Boulé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Dubrana, Marie-Claude Marsolier-Kergoat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génome

Saccharomyces cerevisiae

Chromosomes

Recombinaison génétique

Mots clés libres

Génome

Réarrangement

Évolution

Ancêtre

Phénotype

Levure

Chromosome

Stabilité

Genome

Rearrangement

Evolution

Ancestor

Phenotype

Yeast

Chromosome

Stability

Résumé

Nous avons cherché à évaluer l’impact des réarrangements chromosomiques sur l’évolution des génomes de levures selon deux approches. La première approche a consisté à retracer les réarrangements chromosomiques au cours de l’évolution des Saccharomycotina. Nous avons construit un arbre phylogénétique à partir de 66 génomes issus de bases de données publiques et reconstruit la structure des génomes ancestraux des 66 espèces. La comparaison des génomes ancestraux a permi d’inférer 5150 réarrangements chromosomiques passés. Nous avons montré que selon les clades considérés, les génomes évoluent plutôt par inversion ou par translocation et que les réarrangements chromosomiques et les mutations non-synonymes s’accumulent à un rythme coordonné au cours de l’évolution. La seconde approche a consisté à quantifier l’impact phénotypique des variations structurelles (SV) du génome en termes de taux de croissance végétative et de viabilité méiotique chez Saccharomyces cerevisiae. Nous avons développé une technique pour induire à façon des SV ciblés dans le génome de S. cerevisiae, en induisant deux coupures simultanées dans le génome de S. cerevisiae avec CRISPR/Cas9 et à guider la réparation des cassures par recombinaison homologue avec des oligonucléotides chimériques. Nous avons alors adapté cette technique pour induire en une étape un grand nombre de SV aléatoires. L’impact phénotypique des SV obtenus a été quantifié en méiose et en croissance végétative. Ces travaux montrent que même des réarrangements chromosomiques balancés n’affectant aucune phase codante génèrent une grande diversité phénotypique qui participe à l’adaptation des organismes à leur environnement.

The aim of this work was to assess the impact of chromosomal rearrangements on the evolution of yeast genomes with two approaches. The first approach consisted in retracing past rearrangements during the evolution of Saccharomycotina yeast genomes. We have built a phylogenetic tree of 66 genomes gathered from public databases, then reconstructed the structure of all ancestral genomes of these species. By comparing the structure of reconstructed ancestral genomes, we have inferred 5150 past rearrangements. We showed that depending on the clades, genomes tend to evolve mostly by inversion or by translocation. In addition, we showed that chromosomal rearrangements and non-synonymous mutations tend to accumulate at a coordinated pace during evolution. The second approach aimed at quantifying the phenotypic impact of structural variations of chromosomes (SVs) in terms of vegetative growth and meiotic viability in Saccharomyces cerevisiae. We developed a technique to induce easily targeted SVs in the genome of S. cerevisiae by inducing two chromosomal breaks with CRISPR/Cas9 and providing the cells with chimerical donor oligonucleotides to repair the split chromosomes by homologous recombination. We have then adapted this technique to induce multiple random SVs in a single step. The phenotypic impact of obtained variants on vegetative growth and on spore viability was quantified. These results show that even balanced chromosomal rearrangements that do not affect coding sequence generate a wide phenotypic diversity that contributes to the adaptation of organisms to their environment.