Construction et Analyse de Réseaux de Gènes Contextuels dans le Domaine Végétal

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Submitted on 9 Nov 2015

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Construction et Analyse de Réseaux de Gènes Contextuels dans le Domaine Végétal

Marc Legeay, Béatrice Duval, Jean-Pierre Renou, Julie Bourbeillon

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Marc Legeay, Béatrice Duval, Jean-Pierre Renou, Julie Bourbeillon. Construction et Analyse de Réseaux de Gènes Contextuels dans le Domaine Végétal. JOBIM2015, Jul 2015, Clermont-Ferrand, France. �hal-01226298�

Construction et Analyse de R´ eseaux de G` enes Contextuels dans le Domaine V´ eg´ etal

Marc Legeay ^1,2 B´eatrice Duval ¹ Jean-Pierre Renou ² Julie Bourbeillon ²

1 LERIA - Universit´e d’Angers - UNAM,

2 boulevard Lavoisier, 49045 Angers, Cedex 01, France

2 INSTITUT DE RECHERCHE EN HORTICULTURE ET SEMENCES (IRHS), UMR1345 INRA-Universit´e d’Angers-AgroCampus Ouest, Centre Angers-Nantes,

42 rue Georges Morel - BP 60057, 49071, Beaucouz´e, Cedex, France

Probl´ematique

Un des probl`emes actuels en bioinformatique est de comprendre les m´ecanismes de r´egulation au sein d’une cellule. Notre travail concerne l’´etude des r´eseaux de g`enes, avec la particularit´e d’y int´egrer les acteurs encore mal connus que sont les ARN anti-sens. Plusieurs ´ etudes pointent l’importance de la r´egulation par les anti-sens dans les ph´enom`enes de r´eponses aux stress. Pour ´etudier l’impact des anti-sens dans les r´eseaux de g`enes, nous ´etudions leur comportement dans deux contextes exp´erimentaux d’un processus biologique de stress.

Donn´ees

Nous travaillons sur des donn´ees transcriptomiques issues de pommiers, grˆ ace ` a la puce ` a ADN AryANE version 1. La puce est constitu´ee de 126 022 sondes, avec autant de sondes sens que de sondes anti-sens. Nous ´etudions le processus de la maturation du fruit d´ecrit par deux conditions : la r´ecolte (H), et 60 jours apr`es la r´ecolte (60DAH).

Chaque condition est form´ee de 22 ´echantillons de fruit, ` a chaque ´echantillon de H correspond un ´echantillon de 60DAH.

M´ethodologie

sense anti-sense sense anti-sense

Condition 1 Condition 2

genes of interest

Coexpression network Coexpression network

Module detection

Module network analysis

Module detection Functional informations

Motif detection

Module detection

Sense ontology Sense and anti-sense ontology

Specifics terms

Terms p-values

response to cold 5.6059e-05

... ...

Figure 1: Sch´ema de la m´ethodologie.

On dispose de donn´ees d’expression de g`enes sens et anti-sens dans deux conditions illustrant la r´eponse ` a un stress.

1

Recherche des g`enes d’int´erˆet ;

2

Identification des fonctions biologiques associ´ees aux g`enes d’int´ erˆet sens et sens/anti-sens ;

3

Calcul des termes sp´ecifiques ` a l’ensemble sens/anti-sens ;

4

Construction contextuelle des r´eseaux pour les g`enes d’int´erˆet ;

5

D´etection des modules dans chacun des r´eseaux ;

6

Analyse des r´eseaux via les modules et les termes sp´ecifiques.

G`enes d’int´erˆet

Un g` enes sens ou anti-sens est un g`ene d’int´erˆet si la diff´erence du niveau d’expression entre les deux conditions exc`ede 1 log.

Figure 2: Profils d’expression de deux g`enes d’int´erˆet.

S AS

e(G_as)=0 (731)

e(G_s)=e(G_as) (196)

e(G_s)=0 (494)

e(G_s)≠e(G_as) (4) e(G_s)≠0

(931)

e(G_as)≠0 (694)

Figure 3: R´epartition des g`enes d’int´erˆet.

Quelles fonctions aurait-on manqu´ees sans les anti-sens ? — Apport des donn´ees anti-sens — ´ Etude fonctionnelle

(a) Ontologie des g`enes d’int´erˆet. (b) Diff´erence entre les ontologies.

Figure 4: Repr´esentation des termes de l’ontologie significativement repr´esent´es.

Afin d’´etudier l’impact des anti-sens, nous comparons les termes ontologiques associ´es aux g`enes sens diff´erentiellement exprim´es (l’ensemble S de la Figure 3) ` a ceux des g`enes sens et anti-sens diff´erentiellement exprim´es (l’union des ensembles S et AS). Nous utilisons l’App BiNGO de Cytoscape. BiNGO d´ etermine l’ensemble des termes d’une ontologie significati- vement repr´esent´es dans un ensemble de g`enes et les repr´esente sous forme de graphe. En effectuant la diff´erence entre le graphe sens/anti-sens (Figure 4a) avec le graphe sens, nous obtenons les termes sp´ecifiques au graphe sens/anti-sens (Figure 4b). Ces termes permettent de mettre en lumi`ere des fonctions qui n’auraient pas pu ˆetre observ´ees sans l’information sur les anti-sens. Notamment, on peut observer ici le terme

r´eponse au froid

(fl`eche rouge sur la Figure 4b) qui n’apparaˆıt dans cette ´ etude d’enrichissement fonctionnel que si l’on consid`ere les donn´ees sens et anti-sens. De plus, on constate que dans le groupe de g`enes associ´e ` a cette fonction, le niveau d’expression des sens est constant entre les deux conditions alors que le niveau d’expression des anti-sens diminue. Ce qui t´emoigne d’une r´egulation par les anti-sens.

Analyse des r´eseaux

La construction et l’analyse de r´eseaux que nous d´eveloppons sont inspir´ees de la m´ethode WGCNA et adapt´ees pour prendre en compte l’action des anti-sens (score d’activit´e des anti-sens au sein d’un module notamment). Les fonctions mises en ´evidence par la diff´erence des ontologies sont vis´ees par l’analyse des modules. L’objectif est d’identifier, dans les conditions exp´erimentales qui sont compar´ees, quelles fonctions biologiques et quelles r´egulations sont impact´ees par l’expression des anti-sens.

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