Thèse soutenue

Modélisation mathématique et intégration de données biologiques complexes : analyse du phénomène d’hétérosis chez la levure

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Auteur / Autrice : Marianyela Petrizzelli
Direction : Dominique de VienneChristine Dillmann
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
Date : Soutenance le 08/07/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique quantitative et évolution-Le Moulon (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
Jury : Président / Présidente : Christophe Giraud
Examinateurs / Examinatrices : Dominique de Vienne, Christine Dillmann, Christophe Giraud, Marie-Laure Martin-Magniette, Henrique Teotónio, Delphine Ropers, Philippe Marullo
Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Laure Martin-Magniette, Henrique Teotónio

Résumé

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Le cadre général de cette thèse est la question de la relation génotype-phénotype, abordée à travers l'analyse du phénomène d'hétérosis chez la levure, dans une approche associant biologie, mathématiques et statistiques. Antérieurement à ce travail, un très gros jeu de données hétérogènes, correspondant à différents niveaux d'organisation (protéomique, caractères de fermentation et traits d'histoire de vie), avait été recueilli sur un dispositif demi-diallèle entre 11 souches appartenant à deux espèces. Ce type de données est idéalement adapté pour la modélisation multi-échelle et pour tester des modèles de prédiction de la variation de phénotypes intégrés à partir de caractères protéiques et métaboliques (flux), tout en tenant compte des structures de dépendance entre variables et entre observations. J’ai d'abord décomposé, pour chaque caractère, la variance génétique totale en variances des effets additifs, de consanguinité et d'hétérosis, et j’ai montré que la distribution de ces composantes permettait de définir des groupes bien tranchés de protéines dans lesquels se plaçaient la plupart des caractères de fermentation et de traits d'histoire de vie. Au sein de ces groupes, les corrélations entre les variances des effets d'hétérosis et de consanguinité pouvaient être positives, négatives ou nulles, ce qui a constitué la première mise en évidence expérimentale d’un découplage possible entre les deux phénomènes. Le second volet de la thèse a consisté à interfacer les données de protéomique quantitative avec un modèle stœchiométrique du métabolisme carboné central de la levure, en utilisant une approche de modélisation à base de contraintes. M'appuyant sur un algorithme récent, j’ai cherché, dans l'espace des solutions possibles, celle qui minimisait la distance entre le vecteur de flux et le vecteur des abondances observées des protéines. J’ai ainsi pu prédire un ensemble de flux et comparer les patrons de corrélations entre caractères à plusieurs niveaux d'intégration. Les données révèlent deux grandes familles de caractères de fermentation ou de traits d'histoire de vie dont l'interprétation biochimique est cohérente en termes de trade-off, et qui n'avaient pas été mises en évidence à partir des seules données de protéomique quantitative. L'ensemble de mes travaux permet de mieux comprendre l'évolution de la relation entre génotype et phénotype.