Présentation Muséum d`Histoires Naturelles de Grenoble (14

Aymeric Roccia
[email protected]
Plan
Introduction sur la botanique systématique
1ère partie: la cladistique
2e partie: la phénétique
3e partie: exemples
Introduction
Botanique systématique:
‘‘Art de ranger les plantes dans des petites
boîtes organisées’’
Notion artificielle;
Unité de base = espèce;
Difficultés de ranger certaines plantes.
Introduction
Botanique systématique:
Nomenclature (donner des noms aux cases);
Nomenclature binomiale de Linné
Taxonomie (attribuer une plante dans une case);
Famille, genre, espèce, sous-espèce, etc…
Phylogénétique (relier et ordonner les cases entre elles).
Retracer l’histoire évolutive des plantes
Introduction
Arbre phylogénétique
Simple
Représentation la plus proche de l’évolution réelle des
êtres vivants;
Caractères ancestraux/dérivés, ‘‘rétro’’
Introduction
Arbre phylogénétique
Groupes:
-monophylétiques,
- paraphylétiques,
- polyphylétiques.
Introduction
Phylogénétique:
Cladistique (organiser selon matrice de caractères);
Phénétique (alignement de séquences nucléiques et
peptidiques).
Construction d’arbre
Exemples
1ère partie: la cladistique
Sur morphologie, anatomie essentiellement.
Définition des caractères à prendre en compte:
Caractères évolutivement significatifs!
Plantes:
Surtout caractères floraux:
Nombre de verticilles;
Nombre d’organes (sépales, pétales, étamines, carpelles)
Organisation des organes (insertion pétales/carpelles, organes
libres/soudés, pétales étaminoïdes…)
1ère partie: la cladistique
Définition des caractères à prendre en compte:
Un exemple:
Organismes:
Tortue
Homme
Chimpanzé
Vipère
Crocodile
Grenouille
Chat
Caractères:
Amnios
Placenta
Fourrure
Fenêtre mandibulaire
Ongles
1ère partie: la cladistique
Définition des caractères à prendre en compte:
Construction d’un arbre:
Grenouille
Tortue
Vipère
Crocodile
Chat
Chimpanzé
Fenêtre
mandibulaire
Homme
Ongles
Placenta,
fourrure
Amnios
Principe de parcimonie (moins d’évènements évolutifs possible).
1ère partie: la cladistique
Autre méthode (anciennement la phénétique)
Définition des caractères à prendre en compte:
tortue homme
chimpanzé
vipère
crocodile
grenouille
chat
amnios
1
1
1
1
1
0
1
placenta
0
1
1
0
0
0
1
fourrure
0
1
1
0
0
0
1
fenêtre
mandibulaire
0
0
0
0
1
0
0
ongle
0
1
1
0
0
0
0
Création de matrice.
1ère partie: la cladistique
Création de matrice:
homme
chimpanzé
chat
vipère
tortue
crocodile
homme
0
chimpanzé
0
0
chat
1
1
0
vipère
3
3
2
0
tortue
3
3
2
0
0
crocodile
4
4
3
1
1
0
grenouille
4
4
3
1
1
2
Définition de clades;
Construction d’arbres.
grenouille
0
1ère partie: la cladistique
Construction d’arbre:
Grenouille
Tortue
Vipère
Crocodile
Chat
Chimpanzé
Fenêtre
mandibulaire
Ongles
Placenta,
fourrure
Amnios
Principe de parcimonie.
Homme
2e partie: la phénétique
A l’origine sur morphologie/anatomie.
Avènement du séquençage haut-débit:
Possibilité de traiter plus de données
Phénétique information dans la cellule
Plusieurs milliers de données
2e partie: la phénétique
Information dans la cellule:
2e partie: la phénétique
Information dans la cellule:
ADN
transcription
ARN
traduction
protéine
2e partie: la phénétique
ADN (acide désoxyribonucléique):
4 bases:
A = adénosine
T = thymidine
C= cytidine
G= guanidine
ARN (acide ribonucléique):
4 mêmes bases (T U: uridine)
Protéines:
20 acides aminés (codon, code génétique):
AUG
GCA
UGA
méthionine (codon start)
thyrosine
codon stop
2e partie: la phénétique
Phénétique:
Basée sur séquences peptidiques ou nucléiques.
Séquençage:
Extraction d’ADN, d’ARN et de protéines
Séquençages nucléotidiques d’ADN, d’ARN;
Séquençage protéomique de peptides.
Alignement de séquences.
2e partie: la phénétique
Alignement de séquences nucléotidiques:
2e partie: la phénétique
Alignement de séquences protéiques:
% d’alignement (score);
Création d’une matrice;
Création d’arbres (principe de parcimonie).
2e partie: la phénétique
Arbres:
Classique
2e partie: la phénétique
Arbres:
Classique
2e partie: la phénétique
Arbres:
Classique
2e partie: la phénétique
Arbres:
Classique
Arbres:
Distance génétique
2e partie: la phénétique
Arbres:
Dendrogrammes
2e partie: la phénétique
Arbres:
Dendrogrammes
2e partie: la phénétique
Arbres:
Dendrogrammes réticulés
2e partie: la phénétique
Choix du caractère à étudier:
Horloge biologique des gènes.
Mutations génétiques à intervalles réguliers;
Gènes plastidiaux/mitochondriaux:
Gènes essentiels, métabolisme primaire;
Forte pression évolutive;
Mutent peu:
Grandes distances phylogénétiques
Gènes nucléaires (proches dans le temps)
Mutent beaucoup:
Petites distances phylogénétiques
3e partie: exemples
Arbre des Eucaryotes:
Champignons
2+ groupes
Animaux
= métazoaires
protozoaïres
Plusieurs
évènements
Végétaux
2endosymbiotiques
groupes
3e partie: exemples
Arbre des Eucaryotes:
Palmer et al., 2004
3e partie: exemples
Plantae
Pas de changements
Sauf chez les Angiospermes
Palmer et al., 2004
3e partie: exemples
Angiospermes (ancienne classification):
Monocotylédones;
Dicotylédones;
Apétales;
Dialypétales;
Gamopétales.
Corylus avellana
Erythronium dens-canis
Rosa dumalis
Pinguicula grandiflora
subsp. rosea
3e partie: exemples
Angiospermes:
APGIII(2009) (Angiosperm phylogeny group);
Basée sur:
2 gènes chloroplastiques;
1 gène nucléaire (ribosomal).
59 ordres (14 nouveaux);
416 familles (nombreuses familles non reconnues);
Nombreux changements dans la phylogénie.
3e partie: exemples
Angiospermes (APGII):
2 gènes chloroplastiques
1 gène ribosomal
Apétales,Monocotylédones
Dialypétales,
Dicotylédones
Angiospermes
Gamopétales
=
basales
=polyphylétique
monophylétique
= ANITA
= polyphylétiques
3e partie: exemples
Rosaceae:
Arbre consensus de 226 arbres;
10 gènes (6 nucléaire,
4 plastidiaux).
Groupe externe;
% d’occurrence
(haut: bayesien,
bas: parsimonie).
Potter et al., 2007
Potter et al., 2007
3e partie: exemples
Rosaceae:
Arbre consensus de 226 arbres (10 gènes: 6 nucléaire, 4
plastidiaux
Potter et al., 2007
Rosoideae:
Gauche:
Internal
Transcribed
Spacers ITS
Droite:
TRNL/F
Eriksson et
al., 2003
3e partie: exemples
3e partie: exemples
Rosoideae:
Arbre consensus (ITS / TRNL/F)
Branche = distance génétique;
Barre = 0,1 substitution par site.
Eriksson et al., 2003
3e partie: exemples
Rosa:
Ancienne classification
erronée.
Nouvelle classification
plus complexe.
Hybridation et
apomixie
Wissemann & Ritz, 2007
ITS-1
3e partie: exemples
Rosa:
ITS-1
Ritz et al., 2005
3e partie: exemples
Rosa:
R. fedtschenkoana (50)
R. fedtschenkoana (51)
R. gigantea (2)
R. fedtschenkoana (47)
OldBlush (3)
R. fedtschenkoana (37)
OldBlush (2)
R. gallica (9)
R. wichuraiana (4)
R. chinensis spontanea (3)
R. gallica (44)
R. beggeriana (1)
R. gallica « officinalis » (8)
R. x damascena (7)
R. banksia (3)
R. nitida (1)
R. rugosa (1)
R. ultramontana (3)
R. bracteata (3)
R. moschata (3)
R. brunonii (1)
R. roxburghii (2)
R. x damascena (1)
R. gallica « officinalis » (1)
R. hugonis (2)
R. phoenicia (1)
R. gallica « officinalis » (4)
RoGA1
(gibbérelline)
R. gallica (49)
R. gallica (48)
R. gallica (1)
3e partie: exemples
OOMT1
Rosa:
DMT = odeur de ‘‘thé’’
2 gènes
OOMT2
Scalliet et al., 2006
3e partie: exemples
Génétique des populations:
Rosa arvensis
Populations BR
génétiquement isolées
Mijnsbrugge et al., 2010
3e partie: exemples
Génétique des populations:
Grassette
Génétique des populations: loup
3e partie: exemples
Génétique des populations:
Conclusion
Le meilleur arbre moléculaire = consensus de tout les
arbres moléculaires.
L’étude moléculaire prime sur l’étude morphologique.
Le meilleur arbre phylogénétique = consensus de tout
les arbres moléculaires et des arbres morphologiques.