Apport des nouvelles générations de séquençage pour accéder à la diversité des communautés microbiennes du sol : nécessité d’un ‘pipeline’ bio-informatique pour les biologistes

Communication orale, résuméLa diversité microbienne d’un sol est difficile à caractériser. Ceci s’explique par une accessibilité plus ou moins importante des populations au sein d’une matrice hétérogène et structurée, mais aussi par l’incapacité à résoudre une information constituée de 100 000 à 1 000 000 d’espèces différentes par gramme de sol. Toutefois, récemment, d’importantes avancées en biologie moléculaire ont permis de mieux caractériser la diversité des communautés microbiennes du sol in situ et ce sans a priori. Ainsi, la puissance des nouvelles générations de séquençage comme le pyroséquençage permettent de travailler en haut-débit afin d’obtenir plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de milliers de séquences à partir d’un ADN méta-génomique. De premières études ont déjà été réalisées avec cette technique afin d’aborder la diversité bactérienne des sols. Ces études ont, pour la première fois, permis de quantifier de façon exhaustive la diversité microbienne de sols en termes de richesse spécifique et de démontrer la pertinence, la faisabilité et la robustesse de cette approche. Cette approche est maintenant unanimement reconnue pour sa pertinence et ses potentialités très importantes, et ce afin de déterminer la diversité des microorganismes telluriques. Notre approche consiste en la caractérisation de la diversité taxonomique (bactérienne et fongique) de sols sur des échantillonnages de grande ampleur dans le temps et dans l’espace, avec comme objectifs : (i) de faire un inventaire exhaustif de la diversité microbienne tellurique, (ii) d’évaluer sa distribution spatiale, (iii) de mieux comprendre sa régulation et, (iv) in fine, de pouvoir relier cette diversité en fonctionnement biologique du sol et en services écosystémiques [1-3]. Cependant, l’étude d’un aussi grand nombre d’échantillons va entraîner la production massive de séquences. Ce caractère massif, ainsi que les caractéristiques inhérentes aux séquences obtenues par cette technique requièrent le développement d’outils bioinformatiques adaptés, optimisés et évalués, afin d’analyser rapidement et efficacement ce type de données. Ce nouveau pipeline d’analyse doit tout d’abord être facile d’utilisation et répondre aux attentes des différents utilisateurs, qu’ils soient compétents en bio-informatique, ou novices dans l’analyse de tels jeux de données. Il doit également permettre de gérer un grand nombre de séquences et d’automatiser les grandes étapes d’analyse (prétraitement, filtration, clustérisation, assignation taxonomique, calculs d’indices d’abondance et de diversité, taux de couverture,…). L’ensemble du système devra enfin être transféré sur un serveur de calcul et accessible au travers d’un serveur Web pour être accessible à la collectivité des écologistes microbiens. L’objectif étant de coupler, sur un grand nombre d’échantillons, cette approche avec des mesures d’activités et de faire le lien entre la diversité microbienne et l’aptitude des sols à rendre des services

Repository/R-Forge/DateTimeStamp 2012-12-11 16:03:18

Suggests ade4, segmented Description Exploratory data analysis and data visualization for biological sequence (DNA and protein) data. Include also utilities for sequence data management under the ACNUC system. License GPL (> = 2

Use of Correspondence Discriminant Analysis to Predict the Subcellular Location of Bacterial Proteins

Correspondence discriminant analysis (CDA) is a multivariate statistical method derived from discriminant analysis which can be used on contingency tables. We have used CDA to separate Gram negative bacteria proteins according to their subcellular location. The high resolution of the discrimination obtained makes this method a good tool to predict subcellular location when this information is not known. The main advantage of this technique is its simplicity. Indeed, by computing two linear formulae on amino acid composition, it is possible to classify a protein into one of the three classes of subcellular location we have defined. The CDA itself can be computed with the ADE-4 software package that can be downloaded, as well as the data set used in this study, from the Po le Bio-Informatique Lyonnais (PBIL) server at http://pbil.univ-lyon1.fr

Évolution des récepteurs à activité tyrosine kinase (un modèle pour mieux comprendre l'évolution des métazoaires)

Les récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) sont des récepteurs exprimés à la surface des cellules, retrouvés exclusivement chez les métazoaires, de l'éponge à l'homme. Ils participent au contrôle et à la régulation de nombreux processus cellulaires fondamentaux tels que le cycle cellulaire, la migration, le métabolisme, autant que survie, prolifération et différenciation. Des mutants de RTK sont impliqués dans des maladies génétiques ou dans des phénomènes d'oncogenèse. Bien que les RTK soient étudiés activement en raison de leur grande importance fonctionnelle, il n'existait aucune source d'information centralisée. Par ailleurs, leur implication dans des processus-clés de la vie de la cellule a conduit à une pression de sélection favorisant la conservation de certains sites, ce qui en fait un bon modèle pour des études phylogénétiques. Partant de ces deux constats, nous avons réalisé une base de données sur les RTK, d'une part pour apporter à la communauté scientifique une source d'information fiable et pertinente, et d'autre part pour réaliser des études phylogénétiques et participer à la compréhension de l'évolution des métazoaires. A ce titre, nous avons entrepris de tester l'hypothèse des duplications en blocs chez les vertébrés (2R) en se concentrant sur l'étude des RTK à boucles d'immunoglobuline. Elle s'est trouvée confirmée avec ce jeu de donnéesLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Phylogénie et évolution des génomes procaryotes

Longtemps considéré comme une structure stable hautement optimisée, le génome des procaryotes nous apparaît, au regard de récentes découvertes, comme extrêmement changeant au cours du temps. Chez certaines bactéries, les gènes acquis récemment d espèces distantes par transmission horizontale sont estimés à plus de 15 % du génome et les phylogénies construites à partir de différents gènes présentent fréquemment des incongruences importantes. De ce point de vue, la cohérence interne des génomes et la durabilité des interactions entre gènes au cours des temps évolutifs sont mises en question. Certains auteurs proposent que les transferts horizontaux se produisent à une fréquence telle que le concept même d histoire des espèces ne s applique pas aux procaryotes. Cependant, il a été suggéré que certaines catégories de gènes pouvaient être plus ou moins sensibles au transfert. Nous avons testé cette hypothèse au moyen de méthodes phylogénétiques et tenté de reconstruire une phylogénie des procaryotes en utilisant les génomes complets. Les résultats suggèrent que certains gènes conservent une information congruente sur l histoire des bactéries et que la combinaison de ces informations peut permettre de reconstruire une phylogénie des bactéries. La nature des gènes détectés comme ayant été acquis récemment pose également problème. En effet, plusieurs auteurs ont remarqué que ces gènes avaient tendance à être enrichis en nucléotides A et T en comparaison du reste du génome. Nous avons analysé la structuration en nucléotides de nombreux génomes complets et montré que certaines caractéristiques intrinsèques aux génomes pourraient, dans certains cas, conduire à une surestimation de la quantité de gènes acquis par transferts horizontaux. Si d un point de vue qualitatif, l importance des transferts horizontaux dans l évolution des procaryotes a été amplement démontrée, nous pensons qu elle a été surestimée du point de vue quantitatif du fait de problèmes méthodologiques. Détectés par une méthode phylogénétique, les gènes récemment acquis montrent des caractéristiques qui les rapprochent de séquences parasites (phages notamment) ou non fonctionnelles, suggérant que certaines catégories de gènes pourraient être spécialisées dans le transfert horizontalLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Article 22. Crise du stockage: conserver les molécules d'ADN ou les données informatiques de l'ADN ?

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Relations évolutives entre les bactéries et les archées hyperthermophiles

Cette thèse a pour but de clarifier les relations évolutives qui lient les bactéries hyperthermophiles et les archées. Plus particulièrement, l'essentiel de mon travail a consisté à rechercher, au moyen de méthodes de phylogénie moléculaire, quels sont les gènes qui ont pu être échangés par transfert horizontal entre les bactéries et les archées hyperthermophiles. J'ai ainsi pu démonter que les bactéries hyperthermophiles avaient subi des transferts massifs de gènes d'archées dans leur génome. En effet, une des grandes questions qui se posent, lorsque l'on étudie l'histoire de la vie est celle de l'apparition du caractère hyperthermophile que l'on rencontre chez certains procaryotes, situés à la base de l'arbre du vivant. L'ancêtre commun à tous les êtres vivants était-il donc hyperthermophile ou bien ce caractère est-il une adaptation secondaire chez les bactéries ? Si les transferts horizontaux que nous avons identifiés se révélaient impliqués dans le caractère hyperthermophile, alors on pourrait supposer que ce caractère proviendrait plutôt d'une adaptation secondaire aux hautes températuresLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Exploring protein space: From hydrolase to ligase by substitution

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Analysis of pFQ31, a 8551-bp cryptic plasmid from the symbiotic nitrogen-fixing actinomycete Frankia

The actinomycete Frankia has never been transformed genetically. To favour the development of Frankia cloning vectors, we have fully sequenced the Frankia alni pFQ31 cryptic plasmid and performed analyses to characterise its coding and non-coding regions. This plasmid is 8551 bp-long and contains 72% G+C. Computer-assisted analyses identified 18 open reading frames (ORFs). These ORFs show a synonymous codon usage different from the one of Frankia chromosomal genes, suggesting an evolutionary bias linked to the nature of the replicon or a horizontal transfer. Three ORFs were found to encode genes likely to be involved in plasmid replication and stability: parFA (partition protein), ptrFA (transcriptional repressor of the GntR family) and repFA (initiation of replication). DNA signatures of a replication origin were identified in the ptrFA-repFA intergenic region. These structural motifs are similar to those observed among origins of iteron-containing plasmids replicating via a 0 mode. 2001 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved

From conservation to structure, studies of magnetosome associated cation diffusion facilitators (CDF) proteins in Proteobacteria

International audienceMagnetotactic bacteria (MTB) are prokaryotes that sense the geomagnetic field lines to geo-locate and navigate in aquatic sediments. They are polyphyletically distributed in several bacterial divisions but are mainly represented in the Proteobacteria. In this phylum, magne-totactic Deltaproteobacteria represent the most ancestral class of MTB. Like all MTB, they synthesize membrane-enclosed magnetic nanoparticles, called magnetosomes, for magnetic sensing. Magnetosome biogenesis is a complex process involving a specific set of genes that are conserved across MTB. Two of the most conserved genes are mamB and mamM, that encode for the magnetosome-associated proteins and are homologous to the cation diffusion facilitator (CDF) protein family. In magnetotactic Alphaproteobacteria MTB species, MamB and MamM proteins have been well characterized and play a central role in iron-transport required for biomineralization. However, their structural conservation and their role in more ancestral groups of MTB like the Deltaproteobacteria have not been established. Here we studied magnetite cluster MamB and MamM cytosolic C-terminal domain (CTD) structures from a phylogenetically distant magnetotactic Deltaproteobacteria species represented by BW-1 strain, which has the unique ability to biomineralize magnetite and greigite. We characterized them in solution, analyzed their crystal structures and compared them to those characterized in Alphaproteobacteria MTB species. We showed that despite the high phylogenetic distance, MamB BW-1 and MamM BW-1 CTDs share high structural similarity with known CDF-CTDs and will probably share a common function with the Alphapro-teobacteria MamB and MamM