Organisation génomique et expression des gènes Hox et ParaHox chez la roussette Scyliorhinus canicula

by Silvan Oulion

Doctoral thesis in Biologie de l'évolution

Under the supervision of Didier Casane and Patrick Laurenti.

defended on 2010

in Paris 11 , under the authority of École doctorale Gènes, Génomes, Cellules (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2000-2015) , in a partnership with Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Thesis committee members: Didier Casane, Patrick Laurenti, Michaël Manuel, Michel Vervoort, Pierre Capy, Hector Escriva.

Examiners: Michaël Manuel, Michel Vervoort.

Alternative Title

Genomic organization and transcription of Hox and ParaHox genes in the dogfish, Scyliorhinus canicula

Abstract

Hox and ParaHox genes encode homeodomain transcription factors involved in the development of eumetazoan. In this thesis, I characterized their genomic organization, their transcriptomic and their in situ expression in the dogfish, in order to better understand the evolution of these genes in gnathostomes. The first part presents the identification and genomic organization of HoxA, B, D genes and suggests that the C cluster was lost in the dogfish. Placed in a phylogenetic context, these results reveal a strong structural conservation of these genes in gnathostomes. In a second part, the analysis of five expression libraries, from sequences of 225 580 ESTs allowed us to characterize the transcription of the three Hox clusters. Our approach shows a strong complexity of transcription of these loci in the dogfish: many alternative transcripts, sharing of non-coding exon by several Hox genes, and for the first time in a vertebrate species, the presence of a chimeric transcript of two Hox genes (Hoxb9-Hoxb10). The identification of conserved non coding elements (CNEs) from several species has also allowed highlighting homologies position between very divergent non-coding exons, located in 5'UTR. The third and fourth parts of this work show the expression patterns of the 36Hox genes and the 6 ParaHox genes in the dogfish. Their transcription was determined along the anteroposterior axis during development and allowed us to identify areas of expression common to all gnathostomes and particularities of each lineage.

keywords

• Hox
• ParaHox
• Organisation génomique
• Expression in situ
• Cnes
• Chondrichthyens
• Petite roussette

Abstract

Les gènes Hox et ParaHox codent des facteurs de transcription à homéodomaine impliqués dans le développement chez les eumétazoaires. Lors de cette thèse, j'ai caractérisé leur organisation génomique, leur transcriptomique et leur expression in situ chez la roussette afin de mieux comprendre l'évolution de ces gènes chez les gnathostomes. La première partie présente l'identification et 1'organisation génomique des gènes HoxA, B et D et suggère que le complexe C a été perdu chez la roussette. Replacés dans un contexte phylogénétique, ces résultats révèlent une forte conservation structurale de ces gènes chez les gnathostomes. Dans un deuxième temps, l'analyse de cinq banques d'expression issues des séquences de 225 580 ESTs nous a permis de caractériser la transcription au niveau des trois complexes Hox. Notre approche montre une grande complexité transcriptionnelle de ces loci chez la roussette : nombreux transcrits alternatifs, partage d'exon non-codants par plusieurs gènes Hox, et pour la première fois chez un vertébré, la présence d'un transcrit chimère de deux gènes Hox (Hoxb9-Hoxb10). L'identification de séquences non traduites conservées (CNEs) entre plusieurs espèces a de plus permis de mettre en évidence des homologies de position entre des exons non-codants très divergents, situés en 5'UTR. Les troisième et quatrième chapitres de ce travail présentent les patrons d'expression des 36 gènes Hox et des 6 gènes ParaHox chez la roussette. Leur transcription a été déterminée le long de l'axe antéropostérieur au cours du développement et nous a permis de déterminer les domaines d'expression communs aux gnathostomes et les particularités de chaque lignée.