Differential Dynamics of Transposable Elements during Long-Term Diploidization of Nicotiana Section Repandae (Solanaceae) Allopolyploid Genomes

PubMed ID: 23185607This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited

Sequencing of Pooled DNA Samples (Pool-Seq) Uncovers Complex Dynamics of Transposable Element Insertions in Drosophila melanogaster

Transposable elements (TEs) are mobile genetic elements that parasitize genomes by semi-autonomously increasing their own copy number within the host genome. While TEs are important for genome evolution, appropriate methods for performing unbiased genome-wide surveys of TE variation in natural populations have been lacking. Here, we describe a novel and cost-effective approach for estimating population frequencies of TE insertions using paired-end Illumina reads from a pooled population sample. Importantly, the method treats insertions present in and absent from the reference genome identically, allowing unbiased TE population frequency estimates. We apply this method to data from a natural Drosophila melanogaster population from Portugal. Consistent with previous reports, we show that low recombining genomic regions harbor more TE insertions and maintain insertions at higher frequencies than do high recombining regions. We conservatively estimate that there are almost twice as many “novel” TE insertion sites as sites known from the reference sequence in our population sample (6,824 novel versus 3,639 reference sites, with on average a 31-fold coverage per insertion site). Different families of transposable elements show large differences in their insertion densities and population frequencies. Our analyses suggest that the history of TE activity significantly contributes to this pattern, with recently active families segregating at lower frequencies than those active in the more distant past. Finally, using our high-resolution TE abundance measurements, we identified 13 candidate positively selected TE insertions based on their high population frequencies and on low Tajima's D values in their neighborhoods

Les élèments transposables, marqueurs de différenciation génétique des populations d'Anopheles gambiae

In Sub-Saharan Africa, Anopheles gambiae is one of the principal vectors of plasmodium, the malaria parasite. New strategies to eradicate this disease, like the construction of a genetically modified mosquito resistant to the plasmodium, are currently being developed. These strategies need a deep knowledge of the genome and population structure of anopheles. Insertion polymorphism of three transposable elements (TE) has been used to detect the structure in An. gambiae natural populations. Results show that a high genetic differentiation divides the species in two molecular forms, M and S, that segregate in African populations. These results reinforce the hypothesis of an undergoing speciation between the molecular forms. Localization on chromosome arms of insertions characteristic of each molecular form suggests that differentiation concerns a large part of the genome, where as previous studies limit the differentiated regions to some regions on chromosomes X and 2L. Transcriptional activity of the three TE differs between tissues and between populations. These results highlight the importance of tissues-specific and population-specific regulation ways of TE expression. The expression variation does not show any correlation with molecular forms, but seems to be correlated with copy number, suggesting that genome characteristics related to the molecular forms do not lead to a specific expression patternLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Dynamique des éléments transposables dans une population structurée

Cette thèse porte sur la dynamique des Éléments Transposables (ET) sous l'effet d'une sélection contre leur effet délétère pour différents modèles de migration. Il est démontré que la migration náffecte pas les conditions de maintient des ET dans une population. Si le taux de migration est plus faible que le taux de transposition, alors le nombre de copies d'ET devient lentement homogène, alors que l'hétérogénéité est maintenue si les ET sont mobilisés dans quelques populations. Le nombre moyen de copies d'ET est sensible aux très petites tailles de populations, mais dès que la migration opère, le nombre moyen de copies décroît avec la somme des tailles des populations connexes et reste minoré par la valeur attendue dans une unique population de taille égale à la somme des tailles. Une épistasie synergique entre les insertions délétères crée une répulsion globale, entre sites d'insertions d'ET, qui est amplifiée par dérive génétique mais réduite par migrationLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Comparaison de séquences d'éléments transposables et de gènes d'hôte chez cinq espèces (A. thaliana, C. elegans, D. melanogaster, H. sapiens et S. cerevisiae)

Les éléments transposables (ETs), qui sont présents chez tous les organismes vivants et sont impliqués dans un grand nombre de mutations et de réarrangements chromosomiques, apparaissent comme des composants incontournables des génomes. Ils doivent alors être soumis aux mêmes contraintes que les gènes d'hôte. Afin de tester cette hypothèse, nous avons dans un premier temps analysé l'usage des codons des gènes d'ETs et des gènes d'hôte chez cinq espèces : A. thaliana, C. elegans, D. melanogaster, H. sapiens et S. cerevisiae. Les résultats montrent que les ETs sont riches en AT quelle que soit l'espèce hôte : il s'agit donc d'une propriété intrinsèque aux ETs. L'analyse de la composition en bases aux différentes positions des codons montre que la richesse en AT à la 3e position est inférieure aux valeurs des régions non contraintes des génomes. Ainsi, les ETs ne subissent pas uniquement des biais mutationnels mais sont aussi soumis à de la sélection. L'usage des codons des ETs n'est cependant pas liée à un taux d'expression fort ou faible, ce qui suggère un pattern d'expression particulier pour ces éléments Dans un deuxième temps, l'analyse de l'abondance relative en di- et en trinucléotides des ETs et des génomes hôtes montre que les ETs possèdent un pattern d'abondance similaire à celui de leur hôte, indépendamment du biais de composition en bases. Cette analyse montre cependant que les gènes de rétrovirus humains et de rétrotransposons à LTR avec un gène env de drosophile ont un pattern différent des gènes d'hôte. L'abondance en dinucléotides semble être un moyen de détecter les rétroéléments potentiellement infectieux. Ce travail suggère un comportement spécifique des ETs qui semblent soumis à des contraintes de sélection particulières permettant le maintien de leur richesse en AT. Cependant, ils subissent aussi une empreinte du génome hôte, probablement de nature structurale.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Évolution de rétrotransposons à LTR dans les génomes de Drosophila melanogaster et Drosophila simulans

Les génomes de Drosophila melanogaster et Drosophila simulans sont constitués de 10% à 15% d'éléments transposbles. Nous présentons, tout d'abord, une étude de la région régulatrice du rétrotransposon à LTR 412 aux seins de populations des espèces D. melanogaster et D. simulans. Cet élément existe en quantité variable dans les génomes de ces espèces et populations. Nous avons découvert l'existence de sous-familles dans certaines de ces populations. Nous nous sommes ensuite penchés sur les copies des rétrotransposons à LTR hétérochromatiques du génome séquencé de D. melanogaster. Nous avons daté ces copies afin de détecter des variations d'activité de rétrotransposition au cours du temps. Cette étude a permis de démontrer que l'hétérochromatine du génome de D. melanogaster avait subi la vague de transposition observée dans l'euchromatine, il y a moins de 500 000 ansDrosophila melanogaster and Drosophila simulans genomes have 10% to 15% of transposable elements. We present an analyses of the regulatory region of the LTR retrotransposon 412 within D. melanogaster and D. simulans populations. There is a variable amount of 412 element on the genomes of these populations. We discovered sub-families in some of these populations. We have then studied heterochromatic LTR retrotransposons in the sequenced genome of D. melanogaster. The datation of these copies was execute in order to find variations in the retrotranspotion activity along times. This study allowed us to confirme that heterochromatin was subject to the recent vawe of transposition that happened in the D. melanogaster genome this last 500 000 years agoLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Représentation des connaissances sur les éléments transposables (ET) des génomes eucaryotes (analyse de la distribution des ET chez Drosophila melanogaster et Caenorhabditis elegans)

Le séquençage des grands génomes eucaryotes fournit l'opportunité de mieux comprendre la nature des éléments transposables (ET). L'exploitation efficace des données de ces séquençages est bridée par le manque d'outil informatique adapté. Afin de pallier ces déficiences, nous avons représenté les connaissances sur les ET abordables via les séquences des génomes (aspects structurel, dynamique et évolutif), avec le modèle GATE (Genome Analysis for Transposable Elements), de type objet-association. L'implémentation de GATE avec le système de représentation des connaissances AROM et les données du génome de Drosophila melanogaster constitue la base de connaissances FlyGATE. Parallèlement, nous avons recherché les liens entre la distribution des ET et le taux de recombinaison le long des chromosomes de Drosophila melanogaster et de Caenorhabditis elegans, avec l'objectif de mieux comprendre les forces évolutives impliquées dans la dynamique des ET dans ces génomesLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Insertional polymorphism of four transposable elements in European populations of chironomus riparius (Diptera Chironomidae) as detected by transposon insertion Display

Le moustique Chironomus riparius est présent dans toute la région Paléarctique, et il est bien caracterisé au niveau morphologique et cytogénétique. Les connaissances sur la variabilité génétique de cette éspèce sont cependant très reduites. Ici nous décrivons le polymorphisme, chez six populations naturelles, des sites d'insertion de quatre éléments transposables (CTRT, MEC, NLRCth1, TFB1) au moyen d'une technique TID (Transposon Insertion Display) derivée de la technique S-SAP (Sequence -Specific Amplification Polymorphism) et aussi de l'AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism). La seule étude sur le polymorphisme alloenzymatique faite sur cette espèce a decelé une differenciation très rèduite entre des populations de Russie. Nos resultats indiquent que tous les amplicons identifiés sont polymorphes. Le degré de différenciation entre individus au sein de chaque population est d'un ordre de grandeur plus élevé que la différenciation parmi les populations. Néanmoins, la valeur de st est significative (P< 0.001): cela suggère que les populations sont génétiquement plus differenciées entre-elles qu'un échantillon aléatoire d'individusLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF