Modélisation et étude empirique de l’évolution des réseaux de régulation génique

Modélisation et étude empirique de l'évolution des réseaux de régulation génique

Thesis defense
 18/12/2024
 14:30:00
 Apolline PETIT, EGCE
 IDEEV - Salle Rosalind Franklin

Travaux dirigés par Arnaud Le Rouzic et co-encadrés par Anne Genissel

Jury :

  • M. Luis-Miguel CHEVIN, Université de Montpellier, Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive, CNRS, EPHE, IRD, Rapporteur
  • M. Julien DUTHEIL, Max Planck Institute for Evolutionary Biology, Rapporteur
  • Mme Marie DUFRESNE, Université Paris-Saclay, INRAE, Bioger, Examinatrice
  • M. Henrique TEOTóNIO, PSL Research University, Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure, CNRS UMR 8197, Inserm U1024, Examinateur
  • M. Olivier LESPINET, Université Paris-Saclay, I2BC,  Examinateur

Résumé :

Les phénotypes des organismes sont déterminés par le moment et le lieu où les gènes s’expriment. Le moment de l’expression génique est régulé par un réseau d’interactions qui activent ou inhibent des gènes spécifiques, formant ce que l’on appelle le réseau de régulation des gènes (GRN, pour Gene Regulatory Network). Les GRNs sont essentiels à de nombreuses fonctions biologiques, car ils coordonnent des cascades de signalisation complexes qui contrôlent des processus aussi variés que le métabolisme, la capacité de l’organisme à répondre aux stimuli environnementaux, et donc la plasticité phénotypique.

Malgré leur rôle crucial dans la fonction cellulaire et l’adaptation, les GRNs restent mal compris. De nombreuses hypothèses concurrentes existent quant à leur fonctionnement et leur évolution. C’est l’évolution des GRNs qui est le sujet de cette thèse : comment les réseaux de régulation des gènes sont-ils façonnés par la sélection ?

J’ai exploré cette question à travers trois projets :

  1. l’effet de la sélection stabilisatrice sur l’évolution des effets mutationnels dans des simulations réalisées à l’aide d’un modèle de GRN
  2. la manière dont les GRN sont structurés autour des gènes plastiques chez E. coli et dans des simulations
  3. comment l’évolution de la plasticité est contrainte par les GRNs ancestraux chez Z. tritici (un champignon unicellulaire pathogène du blé).

Dans le premier projet, j’ai théoriquement démontré que les gènes présentant des réponses corrélées aux mêmes mutations étaient étroitement connectés au sein des GRNs, soit en se régulant directement entre eux, soit en partageant un régulateur commun. Dans le deuxième projet, j’ai constaté que les gènes plastiques étaient plus régulés que les gènes non plastiques chez E. coli et dans les simulations. Ces simulations ont permis de faire de bonnes prédictions concernant la régulation des gènes plastiques et non plastiques ainsi que la distribution des motifs (petites structures répétées dans les GRN). Dans le dernier projet, j’ai découvert une forte corrélation entre la plasticité ancestrale des modules de gènes et le degré d’évolution de la plasticité observé au cours de l’évolution expérimentale de Z. tritici.

Globalement, mes travaux démontrent l’influence significative de la sélection sur la structure et l’évolution des GRNs. L’utilisation de simulations de GRN, combinées à des données réelles issues de E. coli et de Z. tritici, a permis de comprendre plus en profondeur comment les pressions de sélection participent à l’évolution et la structure des réseaux de régulation des gènes.