Compound Poisson Approximation and Testing for Gene Clusters with Multigene Families

International audienceWe present in this article a compound Poisson approximation for computing probabilities involved in significance tests for conserved genomic regions between different species. We consider the case when the conserved genomic regions are found by the reference region approach. An important aspect of our computations is the fact that we are taking into account the existence of multigene families. We obtain convergence results for the error of our approximation by using the Stein-Chen method for compound Poisson approximation

CASSIOPE: An expert system for conserved regions searches

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Understanding genome evolution provides insight into biological mechanisms. For many years comparative genomics and analysis of conserved chromosomal regions have helped to unravel the mechanisms involved in genome evolution and their implications for the study of biological systems. Detection of conserved regions (descending from a common ancestor) not only helps clarify genome evolution but also makes it possible to identify quantitative trait loci (QTLs) and investigate gene function.</p> <p>The identification and comparison of conserved regions on a genome scale is computationally intensive, making process automation essential. Three key requirements are necessary: consideration of phylogeny to identify orthologs between multiple species, frequent updating of the annotation and panel of compared genomes and computation of statistical tests to assess the significance of identified conserved gene clusters.</p> <p>Results</p> <p>We developed a modular system superimposed on a multi-agent framework, called CASSIOPE (Clever Agent System for Synteny Inheritance and Other Phenomena in Evolution). CASSIOPE automatically identifies statistically significant conserved regions between multiple genomes based on automated phylogenies and statistical testing. Conserved regions were searched for in 19 species and 1,561 hits were found. To our knowledge, CASSIOPE is the first system to date that integrates evolutionary biology-based concepts and fulfills all three key requirements stated above. All results are available at <url>http://194.57.197.245/cassiopeWeb/displayCluster?clusterId=1</url></p> <p>Conclusion</p> <p>CASSIOPE makes it possible to study conserved regions from a chosen query genetic region and to infer conserved gene clusters based on phylogenies and statistical tests assessing the significance of these conserved regions.</p> <p><b>Source code </b>is freely available, please contact: <email>[email protected]</email></p

The functional convergence of antibiotic resistance in β‐lactamases is not conferred by a simple convergent substitution of amino acid

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Oocyte-somatic cells interactions, lessons from evolution

BACKGROUND: Despite the known importance of somatic cells for oocyte developmental competence acquisition, the overall mechanisms underlying the acquisition of full developmental competence are far from being understood, especially in non-mammalian species. The present work aimed at identifying key molecular signals from somatic origin that would be shared by vertebrates. RESULTS: Using a parallel transcriptomic analysis in 4 vertebrate species - a teleost fish, an amphibian, and two mammals - at similar key steps of developmental competence acquisition, we identified a large number of species-specific differentially expressed genes and a surprisingly high number of orthologous genes exhibiting similar expression profiles in the 3 tetrapods and in the 4 vertebrates. Among the evolutionary conserved players participating in developmental competence acquisition are genes involved in key processes such as cellular energy metabolism, cell-to-cell communications, and meiosis control. In addition, we report many novel molecular actors from somatic origin that have never been studied in the vertebrate ovary. Interestingly, a significant number of these new players actively participate in Drosophila oogenesis. CONCLUSIONS: Our study provides a comprehensive overview of evolutionary-conserved mechanisms from somatic origin participating in oocyte developmental competence acquisition in 4 vertebrates. Together our results indicate that despite major differences in ovarian follicular structure, some of the key players from somatic origin involved in oocyte developmental competence acquisition would be shared, not only by vertebrates, but also by metazoans. The conservation of these mechanisms during vertebrate evolution further emphasizes the important contribution of the somatic compartment to oocyte quality and paves the way for future investigations aiming at better understanding what makes a good egg

Algorithms and methods for evolutive biology

Cette thèse aborde plusieurs questions relatives à l’évolution biologique au moyen de modèles mathématiques et d’algorithmes de calcul les utilisant. Elle se trouve donc à l’intersection des mathématiques, de l’informatique et de la biologie. La question principale étudiée dans la thèse est la mise en évidence de signatures moléculaires de la convergence évolutive qui est le phénomène par lequel des espèces éloignées développent indépendamment des caractères similaires. Nous proposons une approche originale permettant de détecter les positions des protéines potentiellement impliquées dans la convergence d’un caractère binaire donné. Celle-ci repose sur une mesure du “niveau de convergence” des positions, qui est une espérance déterminée sous des modèles Markoviens d’évolution protéique. Nous donnons un algorithme de calcul polynomial de cet indice et montrons (i) qu’il discrimine mieux que les méthodes précédentes, les positions convergentes des “neutres” sur des simulations et (ii) que notre approche donne des résultats qui font sens biologiquement sur un exemple réel.Dans le but de pouvoir traiter à terme de la convergence de caractères continus, comme le poids ou la taille, nous nous sommes ensuite intéressés à la détection de changements de tendance évolutive le long d’un arbre représentant l’évolution des espèces. Nous proposons une nouvelle méthode qui, à notre connaissance, est la première à être basée sur un principe de parcimonie où l’on cherche à déterminer la position du changement permettant de minimiser un certain coût évolutif sur l’arbre.In this thesis, we studied questions about biological evolution by using mathematical models and bio-informatic algorithms. This work is at the intersection of mathematics, computer science and biology.The major question addressed in this thesis is the detection molecular basisof phenotypic convergence. Evolutionary convergence is the process by which independent species develop similar traits. This evolutionary process is strongly related to fundamental questions such as the role of adaptation .After pointing out different biological concepts linked to evolutionary convergence, we proposed a novel approach combining an original measure of the extent to which a site supports a phenotypic convergence to a binary trait. Thismeasure is based on the “convergence level” of a site which is a mathematical expectation under Markov evolutionary model. We proposed a polynomial time algorithm to compute this index. Our algorithm outperformed two previous algorithms in distinguishing simulated convergent sites from non-convergent ones. With the aim to study the evolutionary convergence of continuous traits, like weight and size, we tried to detect change in evolutionary trends of continuous characters along the tree of life. We proposed a novel method based on anasymmetric version of the linear parsimony, for determining the position of the change in trend which minimizes the total evolutionary cost of the tree. By using the approach on two biological datasets, we obtained results consistentwith those given by previous stochastic approaches

Lola Montès - lectures croisées

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Star Turns in Hollywood Musicals

International audienceMore than any other film genre, the musical of Hollywood’s Golden Age depended on the presence and number of stars on the bill: these personalities usually met the expectations of the Hollywood system and, in addition, required dancing and/or singing skills gave them a special place in a context where star images were foregrounded. This book studies what makes American musical stars so specific from the 1930s on: their performances, especially solo, which also reveal how film musicals tackle highbrow and popular cultures.Acts by Fred Astaire, Cyd Charisse, Rita Hayworth, Barbra Streisand, Carmen Miranda, Eleanor Powell, Bing Crosby, Bob Hope, Eddie Cantor, Doris Day and the Nicholas Brothers are analyzed according to four main issues: the role of technology in cinema-made performances (editing, dubbing…); issues of ethnicity and the specific place that the musical genre granted –or did not grant– to “non-white” artists; the importance of stars specialized in comedy who opened carnival-like spaces in films; and the process of star construction itself within the Hollywood system, in relation to other forms of performance or cultural industries.Contributions by Fanny Beuré, Marguerite Chabrol, Steven Cohan, Todd Decker, Laurent Guido, Adrienne L. McLean, Karen McNally, Jacqueline Nacache, Allison Robbins, Robynn J. Stilwell, Noah Teichner and Pierre-Olivier Toulza.Fanny Beuré, Marguerite Chabrol, Steven Cohan, Todd Decker, Laurent Guido, Adrienne L. McLean, Karen McNally, Jacqueline Nacache, Allison Robbins, Robynn J. Stilwell, Noah Teichner and Pierre-Olivier Toulza

Star Turns in Hollywood Musicals

International audienceMore than any other film genre, the musical of Hollywood’s Golden Age depended on the presence and number of stars on the bill: these personalities usually met the expectations of the Hollywood system and, in addition, required dancing and/or singing skills gave them a special place in a context where star images were foregrounded. This book studies what makes American musical stars so specific from the 1930s on: their performances, especially solo, which also reveal how film musicals tackle highbrow and popular cultures.Acts by Fred Astaire, Cyd Charisse, Rita Hayworth, Barbra Streisand, Carmen Miranda, Eleanor Powell, Bing Crosby, Bob Hope, Eddie Cantor, Doris Day and the Nicholas Brothers are analyzed according to four main issues: the role of technology in cinema-made performances (editing, dubbing…); issues of ethnicity and the specific place that the musical genre granted –or did not grant– to “non-white” artists; the importance of stars specialized in comedy who opened carnival-like spaces in films; and the process of star construction itself within the Hollywood system, in relation to other forms of performance or cultural industries.Contributions by Fanny Beuré, Marguerite Chabrol, Steven Cohan, Todd Decker, Laurent Guido, Adrienne L. McLean, Karen McNally, Jacqueline Nacache, Allison Robbins, Robynn J. Stilwell, Noah Teichner and Pierre-Olivier Toulza.Fanny Beuré, Marguerite Chabrol, Steven Cohan, Todd Decker, Laurent Guido, Adrienne L. McLean, Karen McNally, Jacqueline Nacache, Allison Robbins, Robynn J. Stilwell, Noah Teichner and Pierre-Olivier Toulza

Stars et solistes du musical hollywoodien

International audienceMore than any other film genre, the musical of Hollywood’s Golden Age depended on the presence and number of stars on the bill: these personalities usually met the expectations of the Hollywood system and, in addition, required dancing and/or singing skills gave them a special place in a context where star images were foregrounded. This book studies what makes American musical stars so specific from the 1930s on: their performances, especially solo, which also reveal how film musicals tackle highbrow and popular cultures.Acts by Fred Astaire, Cyd Charisse, Rita Hayworth, Barbra Streisand, Carmen Miranda, Eleanor Powell, Bing Crosby, Bob Hope, Eddie Cantor, Doris Day and the Nicholas Brothers are analyzed according to four main issues: the role of technology in cinema-made performances (editing, dubbing…); issues of ethnicity and the specific place that the musical genre granted –or did not grant– to “non-white” artists; the importance of stars specialized in comedy who opened carnival-like spaces in films; and the process of star construction itself within the Hollywood system, in relation to other forms of performance or cultural industries.Plus qu'aucun autre genre cinématographique américain, la comédie musicale de l'âge d'or hollywoodien dépend de la présence et parfois du nombre de stars à l'affiche : si ces personnalités répondent aux exigences du star system, leurs indispensables compétences en danse et/ou en chant leur donnent aussi une place à part dans un modèle reposant principalement sur l'image. Cet ouvrage examine ce qui fait le propre des vedettes du musical américain à partir des années 1930 : leurs performances, en particulier en solo, qui révèlent aussi la façon dont la comédie musicale cinématographique interagit avec les cultures savante et populaire.Les numéros de Fred Astaire, Cyd Charisse, Rita Hayworth, Barbra Streisand, Carmen Miranda, Eleanor Powell, Bing Crosby, Bob Hope, Eddie Cantor, Doris Day et des Nicholas Brothers sont ainsi analysés selon quatre questions principales : la place de la technologie dans les performances modelées pour le cinéma (montage, doublage…) ; les questions d'ethnicité et la place particulière que le genre musical accorde – ou pas – aux interprètes « non blancs » ; l'importance des stars comiques qui introduisent des moments carnavalesques dans les films ; et le processus même de construction des stars au sein du système hollywoodien, dans son lien avec les autres formes de spectacles ou les industries culturelles.Le livre est complété par un site présentant les extraits audio ou vidéo auxquels les textes renvoient entre crochets (l'interface est accessible notamment sur tablette ou téléphone portable pour faciliter la consultation au fil de la lecture) : http://companion.labex-arts-h2h.fr/stars/fr.Introduction sur le site de l'éditeur : https://www.lespressesdureel.com/file/ouvrage/5982/extrait_pdf_5982.pdfTextes de Fanny Beuré, Marguerite Chabrol, Steven Cohan, Todd Decker, Laurent Guido, Adrienne L. McLean, Karen McNally, Jacqueline Nacache, Allison Robbins, Robynn J. Stilwell, Noah Teichner and Pierre-Olivier Toulza.Fanny Beuré, Marguerite Chabrol, Steven Cohan, Todd Decker, Laurent Guido, Adrienne L. McLean, Karen McNally, Jacqueline Nacache, Allison Robbins, Robynn J. Stilwell, Noah Teichner and Pierre-Olivier Toulza

Origine de l'oeuf amniotique étudiée à l'aide de deux nouvelles méthodes

International audienceL'oeuf amniotique est un caractère-clé des amniotes. Son apparition fut un événement majeur qui contribua probablement au succès spectaculaire des amniotes dans les environnements terrestres, dont ils dominent largement la plupart des habitats. Leur groupe-frère, les lissamphibiens, s'est nettement moins diversifié et représente une biomasse bien plus faible. Nous testons une des hypothèses les plus populaires concernant l'origine de l'oeuf amniotique, hypothèse émise par Carroll (1970). Elle stipule que des amniotes-souches auraient initialement pondu un œuf anamniotique sur la terre ferme (comme le font aujourd'hui certains Plethodontidae). L'absence initiale des annexes extra-embryonnaires qui caractérisent l'oeuf amniotique contemporain aurait limité les échanges gazeux, limitant la taille de l'oeuf à moins de 1 cm de diamètre, et celle des adultes, à moins de 10 cm de longueur museau-cloaque. Ceci implique une diminution de taille chez certains amniotes-souches, car la plupart des stégocéphales permo-carbonifères mesuraient plus de 10 cm. Après l'apparition de l'oeuf amniotique (pourvu des annexes), la taille de l'oeuf et des adultes aurait augmenté.Bien que le registre fossile n'ait pas livré les œufs pertinents, il est possible de tester les prédictions de l'hypothèse de Carroll sur l'évolution de la taille corporelle. L'un d'entre nous avait effectué une première série de tests en 2004 (Laurin, 2004), à l'aide de la parcimonie des moindres carrés et des contrastes phylogénétiques indépendants. Une des prévisions de Carroll s'était vérifiée (il semble bien y avoir eu une légère tendance à l'augmentation de taille chez les premiers amniotes), mais pas les autres.Nous testons à nouveau l'hypothèse de Carroll à l'aide du même jeu de données (taille corporelle, âge géologique et phylogénie de 107 taxons permo-carbonifères) mais en utilisant des méthodes plus appropriées : la parcimonie linéaire asymétrique (Didier, 2017), permettant de mieux estimer la taille des ancêtres hypothétiques en présence de tendance évolutive, et une nouvelles méthode utilisant cette parcimonie pour identifier les régions de l'arbre où les tendances évolutives changent. En effet, l'hypothèse de Carroll suggère deux changements de tendances au sein des amniotes-souches ; une diminution de taille suivant le début de la ponte en milieu terrestre, puis une augmentation de taille suite à l'apparition de l'oeuf amniotique. Nos résultats (Didier et al., 2019) ne soutiennent pas l'hypothèse de Carroll. La plupart des estimations de taille des ancêtres sur la souche des amniotes suggèrent une longueur museau-cloaque supérieure à 10 cm ; seules des estimations pour certains nœuds sont inférieures à ce seuil, et uniquement si on postule la présence d'une tendance évolutive très forte vers une augmentation de taille corporelle. De plus, la souche des amniotes ne semble pas être une partie de l'arbre montrant un taux plus élevé que la moyenne de changements de tendances ; au contraire, un seul changement de tendance, sur 517 changements possibles, se situe dans cette partie de l'arbre. Nous ne pouvons cependant pas rejeter catégoriquement l'hypothèse de Carroll car cette partie de l'arbre est peu représentée dans le registre fossile, selon notre phylogénie préférée (mais elle l'est nettement mieux selon l'alternative plus ancienne, plus populaire, mais à notre avis moins bien soutenue). Une meilleure compréhension de l'origine des amniote attendra donc la découverte de fossiles supplémentaires.RéférencesCarroll R.L. (1970). Quantitative aspects of the amphibian-reptilian transition. Forma et Functio, 3 : 165-178.Didier G. (2017). Time-dependent-asymmetric-linear-parsimonious ancestral state reconstruction. Bulletin of mathematical biology, 79(10) : 2334-2355.Didier G., Chabrol O. & Laurin M. (2019). Parsimony-based test for identifying changes in evolutionary trends for quantitative characters: implications for the origin of the amniotic egg. Cladistics, doi:10.1111/cla.12371.Laurin M. (2004). The evolution of body size, Cope's rule and the origin of amniotes. Syst. Biol., 53(4) : 594-622