Thèse soutenue

Recombinaison et évolution de la composition en base : démonstration expérimentale de la conversion génique biaisée vers GC chez les Bactéries
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Auteur / Autrice : Samuel Barreto
Direction : Laurent DuretFranck Bertolla
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biologie
Date : Soutenance le 15/01/2020
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d’inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
Laboratoire : Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive
Jury : Président / Présidente : Dominique Mouchiroud
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Duret, Franck Bertolla, Dominique Mouchiroud, Lionel Guy, Marina Elez, Eduardo Pimentel Cachapuz Rocha
Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Guy, Marina Elez, Eduardo Pimentel Cachapuz Rocha

Résumé

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La composition en base des génomes varie très fortement entre espèce bactériennes, avec une gamme de taux de G+C génomique s'étalant de 13% jusqu’à 75%. Ce phénomène est connu depuis plus de 50 ans, mais sa signification biologique reste fortement débattue. Des expériences d'accumulation de mutations ont permis de démontrer que ces variations de G+C sont principalement dues à des différences de patron mutationnel.Cependant, ces expériences ont également montré que la grande majorité des génomes ont un taux de G+C supérieur à celui attendu à l'équilibre mutationnel. Deux forces évolutives peuvent expliquer cet écart: la sélection naturelle et la conversion génique biaisée vers GC (gBGC) – processus non-adaptatif lié à des biais de réparation des mésappariements au cours de la recombinaison homologue.Le phénomène de gBGC a été bien caractérisé chez plusieurs eucaryotes, et plusieurs indices suggèrent qu'il pourrait également affecter des bactéries. Mon travail de thèse a été consacré à déterminer empiriquement si la recombinaison homologue provoque de la gBGC chez des bactéries. Pour cela nous avons réalisé des expériences de transformation chez *Acinetobacter baylyi* et *Bacillus subtilis* puis analysé les produits de recombinaison. Le séquençage des génomes de clones transformants a permis de quantifier les fréquences de conversion parmi 2023 régions recombinantes chez *A. baylyi*, et 549 régions recombinantes chez *B. subtilis*. Nous avons également ré-analysé les données issues d'expériences similaires publiées pour deux autres espèces : *Helicobacter pylori*, *Streptococcus pneumoniae*. Dans trois des quatre espèces analysées, nous avons observé un biais de réparation en faveur des bases GC, ce qui constitue une preuve directe de l'existence de la gBGC chez ces bactéries. L'intensité du biais que nous avons mesuré est compatible avec celui nécessaire pour expliquer l'écart entre la composition en base observée et celle attendue à l'équilibre mutationnel. Nos observations démontrent que ce processus non-adaptatif peut affecter fortement l'évolution des génomes de bactéries, qui, en raison des grandes tailles de population supposées, sont souvent perçus comme déterminés quasi-exclusivement par la sélection naturelle. De façon intéressante, nous avons constaté que la gBGC se manifeste différemment selon les contextes génomiques et selon les espèces : chez *A. baylyi*, nous avons observé un fort gBGC spécifiquement dans les tracts de conversion impliquant un seul SNP --- ce qui suggère un rôle possible de la machinerie BER (Base Excision Repair), comme cela a également été proposé chez les mammifères. A l'inverse, chez *H. pylori*, et *S. pneumoniae*, la gBGC se manifeste uniquement aux extrémités de longs tracts de conversion --- tout comme cela a été décrit chez la Levure. Cela suggère que différents mécanismes moléculaires sont à l'origine de la gBGC observée dans différentes lignées. Cette évolution convergente soulève la question des contraintes sélectives susceptibles de gouverner l'évolution de la gBGC. Ce manuscrit sera consacré à la description de la question des origines de la variabilité en composition en base connue, à la question de la recombinaison chez les procaryotes, et à la façon dont les deux processus conjoints permettent d'apporter du poids à l'hypothèse de la conversion génique biaisée