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Développement d’une méthodologie d’analyse de la conservation de synténie chez les plantes. Du génome d’Arabidopsis à celui du Tournesol

Muller, Cédric. Développement d’une méthodologie d’analyse de la conservation de synténie chez les plantes. Du génome d’Arabidopsis à celui du Tournesol. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2005

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Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000202/

Abstract

Le tournesol (Helianthus annuus L) est l’une des principales plantes oléagineuses cultivées. L’étude des gènes sous tendant les principaux caractères agronomiques est difficile en raison de son grand génome pour lequel peu d’informations existent. Par ailleurs, les moyens financiers et techniques sont loin d’être comparables à ceux mis en place pour les céréales ou d’autres végétaux (carte physique, séquençage en masse de génome, d’ARNm, recherche des duplications, des transposons. . .). Pour étudier l’organisation du génome du tournesol, il a donc été envisagé une approche différente basée sur la conservation de synténie avec la plante modèle Arabidopsis thaliana. Les informations relatives aux gènes de la plante modèle transférées aux séquences EST et ARNm du tournesol permettent d’optimiser l’exploitation de ces séquences. Mon travail de thèse a donc consisté à mettre au point une méthode d’analyse massive du grand nombre de séquences de tournesol puis de tester expérimentalement les résultats de cette analyse afin d’obtenir de nouvelles informations sur l’organisation du génome du tournesol et d’estimer la conservation de synténie avec Arabidopsis. La mise en place de la méthodologie a abouti à la création d’un serveur web appelé Iccare. Cet outil bioinformatique permet la comparaison et l’analyse d’un grand nombre de séquences de différents organismes végétaux ou animaux avec les séquences codantes des gènes de l’organisme modèle respectif, Homo sapiens pour les animaux et Arabidopsis thaliana pour les végétaux. Les résultats sont présentés sous forme graphique en combinant les informations de similitudes aux informations structurales des gènes de l’organisme modèle (introns, régions UTR). La combinaison de ces informations permet ainsi d’optimiser l’exploitation de ces séquences en utilisant les outils couplés à Iccare (définir des amorces ou des sondes). En complément de Iccare, Synteny Search (en cours d’achèvement) est un site web qui permet de rechercher les relations existantes entre les gènes d’Arabidopsis et du riz (conservation de synténie) ainsi que les relations de ces gènes au sein d’un même génome (ils sont uniques, dupliqués ou appartiennent à des familles multigéniques). Cet outil donne des informations complémentaires sur les gènes sélectionnés à partir d’Iccare afin de vérifier et d’interpréter les résultats expérimentaux (nombre de fragments amplifiés ou de clones BAC positifs). Iccare a permis de sélectionner, parmi 60 200 séquences de tournesol, 20 691 séquences présentant des similitudes avec 3 635 gènes d’Arabidopsis. L’organisation du génome du tournesol et la conservation de synténie avec Arabidopsis ont été étudiées en utilisant des séquences EST de tournesol qui présentaient des similitudes avec 195 gènes localisés sur le chromosome 5 de la plante modèle. Cent cinquante neuf d’entre elles ont servi à définir des sondes Overgo dans deux régions différentes. Le criblage d’une banque de clones BAC avec ces sondes présente une efficacité supérieure à 70%. Des amplifications PCR sur une quarantaine de clones BAC positifs ont permis de confirmer la présence des séquences EST. Ce criblage a aussi démontré que la banque utilisée était peu couvrante pour les régions étudiées ne permettant pas le regroupement en contig des clones BAC de sondes voisines chez la plante modèle. Par contre, le regroupement des clones BAC positifs à une même sonde montre qu’il existe plusieurs localisations pour cette sonde, conformément aux informations préalables fournies par Synteny Search. Parallèlement aux hybridations, 51 séquences EST ont servi de matrice à la définition de couples d’amorces spécifiques de régions conservées de part et d’autre d’introns. L’amplification par PCR sur différents cultivars de tournesol présente une efficacité de 90% et le taux de polymorphisme de taille observé et vérifié sur gel d’agarose est de 15%, ce qui a permis d’intégrer 7 nouveaux marqueurs moléculaires à une carte génétique issue de lignées recombinantes (Rachid Al-chaarani et al., 2004). Ces 7 marqueurs ne sont pas liés entre eux et n’ont donc pas permis de définir de conservation de synténie entre tournesol et Arabidopsis. En conclusion, Iccare permet de facilement et rapidement traiter un grand nombre de données, de transférer les informations structurelles des gènes pour faciliter et optimiser la définition d’amorces et de sondes et d’interpréter les résultats expérimentaux à l’aide de Synteny Search. En revanche, l’organisation du génome du tournesol et la synténie existant avec Arabidopsis n’ont pas pu être évaluées clairement. Les données préliminaires obtenues laissent à penser que l’espace entre les gènes du tournesol semble proportionnel à la différence de taille observée avec le génome d’Arabidopsis, expliquant ainsi la difficulté à regrouper les clones BAC en contig. Un mode d’évolution du génome du tournesol possible est donc l’augmentation de distance intergénique pouvant être due à des transposons et rétrotransposons.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution: Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT
Laboratory name:
Research Director:
Gentzbittel, Laurent
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