La synténie :

(1)

La synténie :

définition(s), détection, intérêt en

Génomique Comparative et Evolutive

Définition

Groupe de gènes dont le voisinage et l’organisation sont conservés sur plusieurs génomes

Génome A

Génome B

correspondance

co-localisation co-localisation

La synténie se caractérise par 2 types de relations :

• Relation de "co-localisation" (intra génome)

• Relation de "correspondance" (inter génomes)

Co-localisation intra génome

 Etre présent sur le même chromosome (définition initiale, notion eucaryote)

 Etre voisin sur le chromosome, notion de distance et choix d’un seuil …

 Utiliser la position physique (en pb) sur le chromosome ou une numérotation relative à l’ordre des gènes sur le chromosome

NB : pour les génomes circulaires (type bactériens), il faut

« linéariser » le chromosome

Génome A

Génome B

correspondance

Co-localisation intra génome

 Etre présent sur le même chromosome (notion eucaryote)

 Etre voisin sur le chromosome, notion de distance et choix d’un seuil …

 Utiliser la position physique (en pb) sur le chromosome ou une numérotation relative à l’ordre des gènes sur le chromosome

NB : pour les génomes circulaires (type bactériens), il faut

« linéariser » le chromosome

Génome A

Génome B

correspondance

(2)

2

 Au niveau nucléique (séquence génomique totale)

 Au niveau protéique :

Protéines des gènes orthologues

Protéines des gènes homologues (paralogues + orthologues) Autres critères (classifications fonctionnelles, domaines protéiques partagés, etc.)

Correspondance

inter génomes

^{Génome A}

Génome B

correspondance

• Annotation : Interaction physique et/ou fonctionnelles (opérons, clusters de gènes)

• Identification des ortologues parmi les homologues

• Etude de la dynamique des génomes : Identification de réarrangements (transpositions, délétions, insertions, inversions, fusions/fissions)

Intérêts

Espèce A Espèce B

A₁ A₂ A₃ A₄ A₅

B₁ B₂ B₃ B₄ B₅

… A₈₆ A₈₇ A₈₈ A₈₉ A₉₀ A₉₁ A₉₂

B₆ B₇

… B₂₃₄ B₂₃₅ B₂₃₆ B₂₃₇ B₂₃₈ B₂₃₉

Intérêts

BDBH, RBH

Duplication/Deletion

Nouveaux genes, annotations Orthologues/Paralogues

Réarrangements chromosomiques Seuil détection

Génome A

Génome B

Réarrangement Fusion Duplication Insertion Inversion

gap <= 2

Rq : Correspondances multiples, différents réarrangements et insertions

exemple

(3)

Macro- et micro-synténie

Espèce 1 Espèce 2 Espèce 3 Espèce 4 Espèce 5 Espèce 6 Gène : G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7

Microsynténie Macrosynténie

Détection

Dotplot de Génomes complets Dotplot de Génomes complets

(4)

4 Dotplot de Génomes complets

Eisen et al., 2000

Dotplot de Génomes complets

Régions conservées

Escherichia coli k12

Bacillus subtilis

Artemis Comparison Tool

E. coli S. typhi S. typhimurium

Artemis Comparison Tool

Neisseria meningitidis serogroup A versus serogroup B

(5)

1 4

2 2

4

2 c2

c1 c3 c4 c5 c6 c7 c8

2 1

1

2 c2

c1 c3 c4 c5 c6 c7 c8

2 4

c2

c1 c3 c4 c5 c6 c7 c8

1 1

ccA1 ccA2

ccB1 ccB2 ccB3

gap <= 1 c2

c1 c3 c4 c5 c6 c7 c8

ccA1/ccB1 ccA2/ccB2 ccA2/ccB3

c1 c2c3 c4 c5 c6 c7 c8

Algo « Syntonizer »

Human pathogen

Model organism

Cryotolerant, halotolerant marine yeast Alkane-using yeast S. cerevisiae

C. glabrata

K. lactis D. hansenii Y. lipolytica

gene 1 gene 2 gene 3 gene 4 gene 5 gene 6 gene 7 gene 8 gene 9 gene 10 gene 11 gene 12 gene 13 gene 14 gene 15 gene 16

gene a gene b gene c gene d gene e gene f gene g gene h gene i gene j

Genome 1

G e n o m e 2

gap

r² synteny blocks 10 inter-comparisons

ADHoRe: Eukaryotic genomes

S.cerevisiae C. glabrata K. lactis D. hansenii

C. glabrata

K. lactis

D. hansenii

Y. lipolytica

S.cerevisiae

C. glabrata

88% of the genomes are conserved within synteny blocks

(6)

6 Combinatorics of signed permutations Combinatorics of signed permutations

Quelques exemples

Genome reduction in Buchnera

Moran et al., 2001

Gene loss

(7)

X ^YJR052w ^YJR053w ^YJR054w ^YJR055w ^YJR057w

YJR056c YJR058c

YML0 51w K. thermotolerans :

YJR052w YML046w

YJR055w YML051w YML049w

K. lactis :

YJR052w YML046w

YJR053w YML048w

YJR052w YJR053w YJR054w YJR055w YJR057w

YJR056c YJR058c YML0

51w YML046w

YML048w YML0

49w

Gene duplication/loss

51w YML046w

YML048w YML0

49w

DUPLICATION

51w YML046w

YML048w YML0

49w

Gene duplication/loss

51w YML046w

YML048w YML0

49w

51w YML046w

YML048w YML0

49w

RECIPROCAL GENE LOSS

Gene duplication/loss

YML0 51w YML046w

YML048w YML0

49w

YJR056c YJR058c

YML047c X

XIII

S. cerevisiae

Gene duplication/loss

(8)

8 Double Synteny and Whole Genome Duplication in S. cerevisiae

Dietrich et al., 2004

WGD

segmental duplications gene tandem duplications

LOSS -> sequence degeneration deletion

New functions Gene dosage

Gene order changes and translocations

Pseudogenes and gene relics Speciation

<- DUPLICATION

Double Synteny and Whole Genome Duplication in Tetraodon

Jaillon et al., 2004

Double Synteny and Whole Genome Duplication in Tetraodon

Jaillon et al., 2004 110 Doubly Conserved Synteny Blocks

(9)

Double Synteny and Whole Genome Duplication in Tetraodon

Jaillon et al., 2004

Double Synteny and Whole Genome Duplication in S. cerevisiae

Wapinski et al., 2007

# genes

Whole Genome Duplication