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Proposition de stage M2 2018-2019: Dans quelle mesure les modèles multivariés en génétique quantitative peuvent prédire l’évolution?

Directeur de stage : Le Rouzic, Arnaud

Email : lerouzic@egce.cnrs-gif.fr Tél : 01 69 82 37 65

Description du stage :

Comprendre et prédire l’évolution des caractères phénotypiques dans une population sous pression de sélection (artificielle ou naturelle) a toujours été un défi majeur pour la biologie de l’évolution. Les outils statistiques de la génétique quantitative se sont avérés particulièrement utiles; en particulier, l’estimation de la variance génétique additive (ou de l’héritabilité) d’un caractère quantitatif est généralement considérée comme la méthode de choix pour prédire le progrès génétique attendu lors d’une expérience de sélection artificielle. Plus récemment ont été développées des méthodes étendant cette approche à plusieurs caractères, ouvrant la voie à une meilleure compréhension des réponses directes (caractères soumis à sélection) et indirectes (caractères évoluant parce que corrélés génétiquement à des caractères soumis à sélection), y compris dans les populations naturelles. Cependant, il reste relativement difficile de tester empiriquement la pertinence des prédictions proposées, et ces prédictions se sont souvent avérées décevantes dans les rares cas où elles ont pu être évaluées.

Les capacités prédictives de ces modèles statistiques reposent en effet sur des hypothèses assez fortes quant à l’architecture génétique des caractères étudiés; par exemple, les effets des allèles sont supposés être additifs, et les structures de variance – covariances génétiques ne doivent pas évoluer au cours des générations. Or, il est très généralement admis que l’expression des caractères quantitatifs repose sur des bases génétiques complexes, mettant en jeu de nombreux gènes organisés en réseaux d’interactions. Plus généralement, la manière dont cette complexité peut influencer la trajectoire évolutive des populations reste mal comprise.

L’objectif de ce stage est de déterminer les conditions d’application et les limites des modèles prédictifs multivariés par une approche in silico. Pour cela, l’étudiant(e) pourra s’inspirer d’un modèle de réseau de régulation de la transcription que nous étudions au laboratoire. Ce modèle permettra de réaliser des simulations individu-centrées d’évolution d’un transcriptome théorique, qui possède des propriétés «réalistes», en particulier des interactions entre gènes (épistasie) et des corrélations entre phénotypes d’expression (pléiotropie). Il sera alors possible de déterminer les propriétés statistiques des populations simulées (typiquement, les variances et les covariances génétiques, mais aussi les corrélations entre les effets des mutations sur les différents phénotypes d’expression), estimer comment ces populations devraient théoriquement évoluer par sélection ou par dérive génétique si ces propriétés étaient constantes, et comparer les évolutions prédites et simulées. Il pourra être particulièrement intéressant d’analyser les performances de modèles moins populaires mais plus précis (par exemple, les modèles tenant compte de l’épistasie) sur ces prédictions.

L’étudiant(e) sera intégré(e) à l’équipe «interactions génétiques et gènes invasifs dans les populations» au laboratoire EGCE (UMR CNRS-IRD-Univ. Paris-Sud & Paris-Saclay). Les thématiques développées dans l’équipe portent sur l’évolution des génomes (éléments génétiques mobiles, réseaux de gènes) par des approches expérimentales, bio-informatiques, et théoriques. L’étudiant(e) sera co-encadré(e) par A. Le Rouzic (CR CNRS) et par A. Odorico (Doctorant Paris-Sud). Une formation initiale solide en génétique quantitative, ainsi qu’une certaine aisance en informatique, seront particulièrement utiles dans le cadre de ce stage.

Références

The evolution of canalization and evolvability in stable and fluctuating environments; A Le Rouzic, JM Álvarez-Castro, TF Hansen. Evolutionary Biology 40 (3), 317-340

– Why and how genetic canalization evolves in gene regulatory networks; E Rünneburger, A Le Rouzic. BMC evolutionary biology 16 (1), 239

– Estimating directional epistasis; A Le Rouzic. Frontiers in genetics 5, 198

Les virus comme vecteurs de transferts horizontaux d’ADN entre insectes

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Sujet 1 – Les virus comme vecteurs de transferts horizontaux d’ADN entre insectes

Le transfert horizontal (TH) de matériel génétique correspond au passage d’ADN entre organismes qui ne sont pas nécessairement apparentés, via des mécanismes autres que la reproduction. Ces transferts ont été très étudiés et sont désormais bien documentés chez les procaryotes. Chez les eucaryotes en revanche, de nombreuses questions concernant ces TH restent sans réponse. En particulier, les voies et vecteurs potentiels de transferts entre eucaryotes demeurent un mystère complet. Comment des séquences d’ADN peuvent-elles être transmises entre des insectes et des mammifères, ou entre des tiques et des lézards ? Comment ces séquences peuvent-elles atteindre la lignée germinale des organismes receveurs et être ainsi transmises verticalement dans les populations ? Au cours de ce stage, nous proposons de tester l’hypothèse selon laquelle les virus pourraient être des vecteurs de TH d’éléments transposables (ETs) entre insectes. Les ETs sont des séquences généralement répétées et dispersées présentes dans le génome de tous les organismes, et ayant la capacité de se mouvoir (i.e. de transposer) d’un locus à un autre, tout en se dupliquant. Nous avons déjà montré que lorsque des chenilles de la légionnaire de la betterave (Spodoptera exigua ; un papillon de la famille des Noctuidae) étaient infectées par des baculovirus, un grand nombre d’ETs des chenilles transposaient dans les génomes des virus. Ces nombreux transferts d’ETs des papillons au virus suggèrent que les baculovirus pourrait être des vecteurs efficaces de TH entre papillons, en transportant les ETs intégrés dans leur génome de chenilles en chenilles. Il s’agira ici d’analyser des données de séquençage haut débit de plusieurs autres virus (iridovirus répliqués en cellules de drosophiles, virus de l’herpès répliqués en cellules humaines), afin de savoir si les transferts d’ETs entre hôtes et virus sont restreints au système baculovirus/papillon où s’ils peuvent se produire dans d’autres systèmes. Des analyses préliminaires réalisées sur les jeux de données déjà disponibles indiquent que les ETs de drosophiles sont capables de sauter dans les génomes d’iridovirus. La majorité du travail à effectuer correspond à des analyses bioinformatiques, avec une possibilité d’effectuer des manips de biologie moléculaire selon les affinités du candidat. Des connaissances en programmation (R, bash, perl, python…) seront clairement un plus.

Encadrant : Clément Gilbert (clement.gilbert@cnrs.egce-gif.fr)

 

5 références en lien avec le sujet

Gilbert C., Cordaux R. Viruses as vectors of horizontal transfer of transposable elements. Curr. Opin. Virol. 25: 16-22 (2017)

Peccoud J., Loiseau V., Cordaux R., Gilbert C. Massive horizontal transfer of transposable elements in insects. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114(18): 4721-4726. (2017)

Gilbert C., Peccoud J., Chateigner A., Moumen B., Cordaux R., Herniou E. Continuous influx of genetic material from host to virus populations. PLOS Genet. 12 (2), e1005838 (2016)

Dupeyron M., Leclercq S., Cerveau N., Bouchon D., Gilbert C. Horizontal transfer of transposons within and between insects and crustaceans. Mob. DNA 5:4. (2014)

Gilbert C., Schaack S. R., Pace II J. K., Brindley P. J., Feschotte C. A role for host-parasite interactions in the horizontal transfer of transposons across phyla. Nature 464: 1347 – 1350. (2010)

 

 

 

 

 

 

 

Clément, Gilbert

PROPOSITION DE STAGES DE MASTER 2

ENGLISH WEBPAGE

Chargé de recherche CNRS (CR1, HDR)

Laboratoire Evolution, Génomes, Comportement, Ecologie
CNRS Université Paris-Sud UMR 9191 IRD UMR 247
Avenue de la Terrasse, Bâtiment 13, Boite Postale 1
91198 Gif sur Yvette
France
email: clement.gilbert@egce.cnrs-gif.fr
Tel: +33 1 69 82 37 37

Membre de IGGIPOP

RECHERCHE

  • Rôle des virus dans les transferts horizontaux de matériel génétique entre animaux

Financement: ANR JCJC (15-CE32-0011-01 TransVir), Nov. 2015 – Nov. 2020. Rôle: Porteur

  • Impact des symbiotes féminisants sur l’évolution des systèmes de détermination du sexe

Financement: ANR PRC (15-CE32-0006-01), Jan. 2016 – Jan. 2021. Porteur: R. Cordaux (UMR CNRS EBI 7267, Université de Poitiers)

PUBLICATIONS

#contribution égale ; *étudiant(e)/postdoc encadré(e)

Lien Google Scholar: http://scholar.google.fr/citations?hl=fr&user=U5WMppQAAAAJ&view_op=list_works&pagesize=100

2018

  • Gaulin, E., M. J. C. Pel, L. Camborde, H. San-Clemente, S. Courbier, M.-A. Dupouy, J. Lengelle, M. Veyssiere, A. Le Ru, F. Grandjean, R. Cordaux, B. Moumen, C. Gilbert, L. M. Cano, J.-M. Aury, J. Guy, P. Wincker, O. Bouchez, C. Klopp & B. Dumas (2018) Genomics analysis of Aphanomyces spp. identifies a new class of oomycete effector associated with host adaptation. Bmc Biology, 16. 10.1186/s12915-018-0508-5.
  • Gilbert, C. & C. Feschotte (2018) Horizontal acquisition of transposable elements and viral sequences: patterns and consequences. Current opinion in genetics & development, 49, 15-24. 10.1016/j.gde.2018.02.007.
  • Lewis, S., K. Quarles, Y. Yang, M. Tanguy, L. Frezal, S. Smith, P. Sharma, R. Cordaux, C. Gilbert, I. Giraud, D. Collins, P. Zamore, E. Miska, P. Sarkies & F. Jiggins (2018) Pan-arthropod analysis reveals somatic piRNAs as an ancestral defence against transposable elements. Nature Ecology & Evolution, In press. 10.1038/s41559-017-0403-4.
  • Peccoud, J., R. Cordaux & C. Gilbert (2018a) Analyzing Horizontal Transfer of Transposable Elements on a Large Scale: Challenges and Prospects. BioEssays : news and reviews in molecular, cellular and developmental biology, 40(2). 10.1002/bies.201700177.
  • Peccoud, J., S. Lequime, I. Moltini-Conclois, I. Giraud, L. Lambrechts & C. Gilbert (2018b) A Survey of Virus Recombination Uncovers Canonical Features of Artificial Chimeras Generated During Deep Sequencing Library Preparation. G3-Genes Genomes Genetics, 8, 1129-1138. 10.1534/g3.117.300468.

2017

  • Cordaux R., Gilbert C. Evolutionary significance of Wolbachia-to-animal horizontal gene transfer: female sex determination and the f element in the isopod Armadillidium vulgare. Genes (In press)
  • Peccoud J., Chebbi M.A., Cormier A., Moumen B., Gilbert C., Marcadé I., Chandler C., Cordaux R. Untangling heteroplasmy, structure, and evolution of an atypical mitochondrial genome by PacBio sequencing. Genetics (In press)
  • Gilbert C., Cordaux R. Viruses as vectors of horizontal transfer of transposable elements. Curr. Opin. Virol. 25: 16-22. (2017)
  • Loiseau V.*, Giraud I., Federici B., Bigot Y., Cordaux R., Gilbert C. Iridovirus IIV31: a remarkable virus infecting terrestrial isopods. Virologie 21 : 147-149. (2017)
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  • Becking T.*, Giraud I., Raimond M., Moumen B., Chandler C., Cordaux R.#, Gilbert C.# Diversity and evolution of sex determination systems in terrestrials isopods. Sci. Rep. 7: 1084. (2017)

2016

  • Leclercq S., Thézé J., Chebbi MA, Giraud I, Moumen B, Ernenwein L., Grève P., Gilbert C., Cordaux R. Birth of a W sex chromosome by horizontal transfer of Wolbachia bacterial symbiont genome. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113(52): 15036–15041. (2016)
  • Gilbert C., Feschotte C. Virus et gènes viraux endogènes : évolution et impact. Virologie 20(3) : 158 – 173. (2016)
  • Gilbert C., Peccoud J., Chateigner A., Moumen B., Cordaux R#., Herniou E#. Continuous influx of genetic material from host to virus populations. PLOS Genet. 12 (2), e1005838 (2016)

2015

  • Metegnier G.*, Becking T., Chebbi M.A., Giraud I., Moumen B., Schaack S., Cordaux R., Gilbert C. Comparative paleovirological analysis of crustaceans identifies multiple widespread viral groups. Mob. DNA 6: 16. (2015)
  • Cerveau N., Gilbert C., Liu C., Garrett R.A., Grève P., Bouchon D., Cordaux R. Genomic context drives transcription of insertion sequences in the bacterial endosymbiont Wolbachia wVulC. Gene 564: 81-86 (2015)

2014

  • Thézé J.*, Leclercq S., Moumen B., Cordaux R., Gilbert C. Remarkable diversity of endogenous viruses in a crustacean isopod. Genome Biol. Evol. 6(8): 2129–2140 (2014)
  • Gilbert C., Meik J.M., Card D.C., Castoe T.A., Schaack S. Endogenous hepadnaviruses, bornaviruses and circoviruses in snakes. Proc. Biol. Soc. B 281: 1791. (2014)
  • Dupeyron M.*, Leclercq S., Cerveau N., Bouchon D., Gilbert C. Horizontal transfer of transposons within and between insects and crustaceans. Mob. DNA 5:4. (2014)
  • Gilbert C., Chateigner A., Ernenwein L., Bézier A., Barbe V., Herniou E.#, Cordaux R.# Population genomics supports baculoviruses as vectors of horizontal transfer of insect transposons. Nature Commun. 5: 3348. (2014)

2013

  • Gilbert C., Cordaux R. Horizontal transfer and evolution of prokaryote transposable elements in eukaryotes. Genome Biol Evol. 5: 822 – 832. (2013)
  • Gilbert C., Waters P.D., Feschotte C., Schaack S. Horizontal transfer of OC1 transposons in the Tasmanian devil. BMC Genomics 14: 134. (2013)

2012

  • Leclercq S., Gilbert C., Cordaux R. Cargo capacity of phages and plasmids and other factors influencing horizontal transfers of prokaryote transposable elements. Mobile Genetic Elements 2: 115-118. (2012)
  • Feschotte C., Gilbert C. Endogenous viruses: insights into viral evolution and impact on host biology. Nature Rev. Genetics 13: 283-296. (2012)
  • Al Nadaf S., Deakin J.E., Gilbert C., Robinson T.J., Graves J.A., Waters P.D. A cross-species comparison of escape from X inactivation in Eutheria: implications for evolution of X chromosome inactivation. Chromosoma 121: 71-78. (2012)
  • Gilbert C., Hernandez S.*, Flores-Benabib J.*, Smith E., Feschotte C. Rampant horizontal transfer of SPIN transposons in squamate reptiles. Mol. Biol. Evol. 29: 503-515. (2012)

2011

  • Solano E., Gilbert C., Richards L., Taylor P. J., Soarimalala V., Engelbrecht A., Goodman S.M., Robinson T. J. First karyotypic descriptions of Malagasy rodents (Nesomyinae, Muridae) reveal variation at multiple taxonomic levels. J. Zool. 285: 110-118. (2011)
  • Chaumeil J., Waters P. D., Koina E., Gilbert C., Robinson T. J., Marshall Graves J. A. Evolution of XIST-controlled X chromosome inactivation: Epigenetic modifications in distantly related mammals. PLoS ONE 6: e19040. (2011)

2010

  • Gilbert C., Feschotte C. Genomic fossils calibrate the long-term evolution of hepatitis B viruses. PLoS Biol. 8: 9: e1000495. (2010)
  • Schaack S. R.#, Gilbert C.#, Feschotte C. Promiscous DNA: horizontal transfer of transposable elements and why it matters for eukaryotic evolution. Trends Ecol. Evol. 25: 537-546. (2010)
  • Gilbert C.#, Schaack S. R.#, Pace II J. K., Brindley P. J., Feschotte C. A role for host-parasite interactions in the horizontal transfer of transposons across phyla. Nature 464: 1347 – 1350. (2010)

2009

  • Rodríguez Delgado C.L., Waters P.D., Gilbert C., Robinson T.J., Marshall Graves J.A. Physical mapping of the elephant X chromosome: conservation of gene order over 105 million years. Chromosome Res. 17: 833 – 945. (2009)
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2008

  • Ropiquet A., Gerbault-Seureau M., Deuve J. L., Gilbert C., Pagacova E., Chai N., Rubes J., Hassanin A., Chromosome evolution in the subtribe Bovina (Mammalia, Bovidae): The karyotype of the Cambodian banteng (Bos javanicus birmanicus) suggests that Robertsonian translocations are related to interspecific hybridization. Chromosome Res. 16: 1107 – 1118. (2008)
  • Pace II J. K., Gilbert C., Clark M.*, Feschotte C. Repeated horizontal transfer of a DNA transposon in mammals and other tetrapods. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105: 17023 – 17028. (2008)
  • Gilbert C., Pace II J. K., Waters P. D. Target site analysis of RTE1_LA and its AfroSINE partner in the elephant genome. Gene 425: 1 – 8. (2008)
  • Gilbert C., Maree S., Robinson T. J. Chromosomal evolution and distribution of telomeric repeats in golden moles. Cytogenet. Genome Res. 121: 110 – 119. (2008)

2007

  • Gilbert C., Goodman S.M., Soarimalala V., Olson L.E., O’Brien P.C.M., Elder F.F.B., Yang F., Ferguson-Smith M.A., and Robinson T.J. Chromosomal evolution in tenrecs (Microgale and Oryzorictes, Tenrecidae) from the Central Highlands of Madagascar. Chromosome Res. 15: 1075 – 1091. (2007)

2006

  • Gilbert C., O’Brien P.C., Bronner G., Yang F., Hassanin A., Ferguson-Smith M.A., Robinson T. J. Chromosome painting and molecular dating indicate a low rate of chromosomal evolution in golden moles (Mammalia, Chrysochloridae). Chromosome Res. 14: 793-803. (2006)
  • Gilbert C., Ropiquet A., Hassanin A. Mitochondrial and nuclear phylogenies of Cervidae (Mammalia, Ruminantia): systematics, morphology and biogeography. Mol. Phylogenet. Evol. 40: 101-118. (2006)

ARTICLES DE VULGARISATION

  • Gilbert C., Peccoud J. Les éléments génétiques mobiles d’insectes sautent fréquemment dans les génomes de virus. Med Sci. (Paris) 32: 1017-1019. (2016)
  • Gilbert C., Schaack S., Feschotte C. Quand les éléments génétiques mobiles bondissent entre espèces animales. Med. Sci. (Paris) 26: 1025 – 1027. (2010)

Cécile Courret

Téléphone: 01 69 82 37 07

Doctorante de l’École Doctorale « Structure et Dynamique des Systèmes Vivants », Université Paris-Saclay.

Bases moléculaires du conflit génétique induit par la distorsion de ségrégation des chromosomes sexuels chez Drosophila simulans.

Encadrement : Catherine Montchamp-Moreau.