Titre de l'article

Propriétés émergentes de l'évolution des gènes : Les espèces vues comme des attracteurs dans l'espace phénotypique

Introduction à l'article

La question de comment les caractères discrets observés du phénotype émergent à partir de métriques continues des distances génétiques est un argument central pour deux théories évolutives contrastées : les équilibres ponctués et le gradualisme phylétique. Identifier les sauts phénotypiques à des échelles moléculaires est capital pour supporter le premier modèle de l'évolution.
Ce modèle introduit l'existence d'états stables privilégiés, telles des propriétés "attractor-like" de la solution atteinte, la protégeant d'autres changements et apparaissant comme un patron phénotypique discret. Les outils récentes de séquençages permettent une meilleure compréhension des relations entre paysages génotypiques et phénotypiques.
Les structures de différentes populations de Saccharomyces cerevisiae sont couplées à de larges données sur la variation de l'ADN pour esquisser un modèle liant le caractère continu des dynamiques génotypiques avec le caractère discret des changements phénotypiques

Expériences de l'article

20 souches isolées et 17 souches mosaïques de S. cerevisiae sont utilisées couplées à l'ADN pangénomique récemment publié.
Le ratio dN/dS (mutation non-synonyme/mutation synonyme) est défini pour chaque gène, la distribution pangénomique du ratio étant considéré comme une signature phénotypique permettant la comparaison entre différents profils phénotypiques avec les profils de distances génotypiques correspondants. Un vecteur d'espace phénotypique (S ; dN/dS) et un vecteur d'espace phénotypique (D ; distance génétique) est calculé pour chaque gène, de chaque souche pour chaque états évolutifs.
Trois états évolutifs sont définis : au sein, entre souches et pour les souches mosaïques (φ, ψ et m respectivement), tel qu'il existe un continuum d'états φ > m > ψ.
Pour chaque état évolutif, la trajectoire évolutive est analysée en fonction de l'espace phénotype d'un côté et en fonction de l'espace génotypique de l'autre, pour 2135 gènes.

Résultats de l'article

La comparaison des souches mosaïques montrent des distances génétiques (D) intermédiaires entre φ et ψ, dû a une reproduction historiques des souches isolées. La transition de trajectoire évolutive est continue et progressive entre les trois états évolutifs (Dφ → Dm → Dψ ). Le profil phénotypique (S) montrent seulement deux états phénotypiques discrets possibles.
La discontinuité dans le profile phénotypique associé au caractère linéaire de la distance génétique est une indication préliminaire de la possible nature discrète de l'évolution.

Rigueur de l'article

Même si l'étude s'appuie sur un échantillonnage solide (20 souches isolées, 17 souches mosaïques, 2135 gènes considérés), la pertinence de la distribution génomique du ratio dN/dS comme signature phénotypique en vis-à-vis de la distance génotypique peut être remise en question.

Ce que cet article apporte au débat

Le fait que l'état phénotypique des souches mosaïques soit "attiré" par un des vecteurs d'état alors que l'espace génotypique est à mi-distance entre les deux est une preuve de l'existance de phénotypes discrets à l'échelle pangénomique avec un manque subtantiel de phénotypes intermédiaires. Les résultats observés donnent quelques indications sur la présence de profils privilégiés d'organisation phénotypique mettant en forme les conséquences phénotypiques possibles des variations génotypiques.
Ces résultats offrent les premiers supports moléculaires au sein des dynamiques évolutives et supportent l'occurence des équilibres ponctués à l'échelle moléculaires.

Publiée il y a plus de 2 ans par Séb
Article : Emergent properties of gene evolution: Species as attractors in phenotypic space
  • Auteurs
    Eli Reuvenia, Alessandro Giuliani
  • Année de publication
    2012
  • Journal
    Physica A: Statistical Mechanics and its Applications
  • Abstract (dans sa langue originale)

    The question how the observed discrete character of the phenotype emerges from a
    continuous genetic distance metrics is the core argument of two contrasted evolutionary
    theories: punctuated equilibrium (stable evolution scattered with saltations in the
    phenotype) and phyletic gradualism (smooth and linear evolution of the phenotype).
    Identifying phenotypic saltation on the molecular levels is critical to support the first model
    of evolution. We have used DNA sequences of ∼1300 genes from 6 isolated populations
    of the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. We demonstrate that while the equivalent
    measure of the genetic distance show a continuum between lineage distance with no
    evidence of discrete states, the phenotypic space illustrates only two (discrete) possible
    states that can be associated with a saltation of the species phenotype. The fact that such
    saltation spans large fraction of the genome and follows by continuous genetic distance
    is a proof of the concept that the genotype–phenotype relation is not univocal and may
    have severe implication when looking for disease related genes and mutations. We used
    this finding with analogy to attractor-like dynamics and show that punctuated equilibrium
    could be explained in the framework of non-linear dynamics systems.

  • Identifiant unique
    10.1016/j.physa.2011.08.050
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  • Apparait dans la controverse
    L'évolution des organismes se fait elle graduellement ou par saut ?
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  • L'évolution des organismes se fait elle graduellement ou par saut ? Gradualisme ou Equilibres ponctués
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