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Thèse Année : 2011

Dynamique évolutive des éléments transposables de type séquence d'insertion dans les génomes des bactéries endosymbiotiques Wolbachia

Résumé

Transposable elements (TE) are one of the major driving forces of genome evolution. Eukaryotic TE evolution can easily be reconstructed thanks to many degraded copies. By contrast, in prokaryotes, TE are considered to be recently acquired, which complicates the study of their dynamics. Insertion sequences (IS) are the most abundant TE in prokaryotes. Models predict a high turn-over that starts by TE acquisition by horizontal transfers, followed by copy number increase and subsequent elimination. In addition, models predict that genomes of intracellular bacteria should have few or no IS. Genome sequencing of obligate intracellular bacteria, as Wolbachia, have questioned models, because some have a considerable abundance of IS. Our work was based on the study of five sequenced Wolbachia genomes. We have realized a detailed IS annotation for each genome. In addition, experimental analyses were performed to test the hypothesis based on in silico analyses. We confirmed that Wolbachia genomes contained a considerable abundance of IS. Surprisingly, the majority of IS copies were degraded, which allowed us to study their evolutionary dynamics. Past IS activity in Wolbachia genomes was not constant during time. We identified phases of high activity alternating with phases of relative quiescence. High activity phases needed to be preceded by horizontal transfers of IS that we experimentally detected in abundance in Wolbachia genomes. Finally, expression analyses suggested that IS activity is not exclusively controlled by IS themselves, but it also depends on the genomic environment of the IS copies.
Les éléments transposables (ET) sont l'une des principales forces guidant l'évolution des génomes. La présence de copies dégradées a permis de bien caractérisée la dynamique des ET eucaryotes. A contrario, chez les procaryotes, les ET sont considérés comme récents, ce qui complique l'étude de leur dynamique. Les séquences d'insertion (IS) sont les ET procaryotes les plus abondants. Les modèles prédisent que les IS, arrivés par transferts horizontaux, subissent une forte augmentation de leur nombre, puis sont éliminés. De plus, les modèles prédisent que les génomes des bactéries intracellulaires devraient avoir peu ou pas d'IS. Le séquençage des génomes de bactéries intracellulaires obligatoires, comme Wolbachia, a remis en cause les modèles, car certains ont une grande quantité d'IS. Notre travail portait sur l'étude des génomes de cinq souches de Wolbachia ayant des caractéristiques diverses. Nous avons réalisé une annotation détaillée des IS pour chaque génome et testé nos hypothèses basés issues de l'analyse in silico sur un panel de souches. Nous avons confirmé que les génomes de Wolbachia ont une forte abondance d'IS. La majorité des copies d'IS étaient dégradées, ce qui a permis d'étudier leur dynamique. L'activité passée des IS de Wolbachia n'a pas été constante au cours du temps avec des alternances de phases de forte activité et de quiescence. Les phases de forte activité doivent être précédées de transferts horizontaux, qui ont été expérimentalement détectés en abondance. Enfin, des analyses d'expression suggèrent que l'activité des IS n'est pas uniquement contrôlée par les éléments eux-mêmes, mais dépend également de l'environnement génomique des copies.
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Dates et versions

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Citer

Nicolas Cerveau. Dynamique évolutive des éléments transposables de type séquence d'insertion dans les génomes des bactéries endosymbiotiques Wolbachia. Biodiversité et Ecologie. Université de Poitiers, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00966872⟩
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