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Département PEGASE

La compréhension du fonctionnement et de l’évolution des organismes vivants implique d’étudier des niveaux d’organisation très différents : depuis la molécule jusqu’à l’écosystème, en passant par la cellule, l’organisme et la population. Ainsi, pour comprendre comment les espèces évoluent, comment elles s’adaptent à leur environnement, il est nécessaire prendre en compte la dynamique des populations et les interactions entre les différentes espèces au sein d’un même écosystème. Mais il est aussi essentiel de comprendre quelles sont les bases moléculaires à l’origine de la variabilité phénotypique observée au sein des populations (quels sont les mécanismes moléculaires responsables des mutations du matériel génétique ; quels sont les gènes qui sont impliqués dans la réponse adaptative). Par ailleurs, pour comprendre le fonctionnement du génome, il ne suffit pas de disséquer la fonction biochimique et l’expression des gènes qu’il contient : chaque génome est le fruit de millions d’années d’évolution, et il est indispensable de prendre en compte l’histoire évolutive des génomes (et donc des espèces) pour pouvoir interpréter correctement les séquences génomiques contemporaines.

Le département Pegase a été constitué dans le but de regrouper des équipes de recherche recouvrant différentes disciplines complémentaires (génomique des populations, génomique comparative, bioinformatique et biomathématiques), et visant à comprendre l’évolution et le fonctionnement des systèmes biologiques, en prenant en compte à la fois les paramètres populationnels et les mécanismes moléculaires.

Le département comprend quatre équipes, recouvrant différents champs disciplinaires :

. BioInformatique, Phylogénie et Génomique Évolutive : Evolution moléculaire, bioinformatique, statistiques, génomique des populations

. Baobab : Evolution des génomes, des réseaux biologiques, algorithmique, combinatoire, statistiques, bioinformatique, modélisation

. Sexe et Evolution : génomique des populations, génomique comparative, terrain, séquençage, bioinformatique, modélisation.

. Statistique en Grande Dimension pour la Génomique : Analyse de données génomiques, méthodes en grande dimension, sélection de modèles, segmentation.

Les principaux thèmes auxquels nous nous intéressons sont les suivants :

- Quels sont les mécanismes moléculaires à l’origine de l’évolution des séquences génomiques et des répertoires de gènes ? Comment tirer parti de l’étude de l’évolution des séquences pour identifier les régions fonctionnelles dans les chromosomes ou pour mettre en évidence des processus moléculaires liés au fonctionnement du génome ?

- Comment reconstruire l’histoire évolutive des espèces à partir de l’analyse comparative des génomes (phylogénie moléculaire) ? Comment détecter les traces laissées par l’action de la sélection naturelle sur les séquences génomiques ?

- Comment évoluent les réseaux d’interaction moléculaires (e.g. voies métaboliques, réseaux de régulation, ...) ?

- Développement de méthodes statistiques adaptées à la grande dimension caractérisant les données génomiques. Comment sélectionner des variables génomiques pertinentes et comment extraire du signal des données génomiques.

- Comment la détermination du sexe et les chromosomes sexuels évoluent ? Quels changements génomiques sous-tendent certaines innovations clés au niveau des organes reproducteurs ? Quels sont les effets des transitions entre régimes de reproduction sur l’évolution du génome et la diversification des lignées ?

Parallèlement à ces grandes questions, nous consacrons une part très importante de notre recherche au développement d’outils mathématiques (notamment pour formaliser les questions posées), statistiques (pour analyser les données) et bioinformatiques (développement de bases de données, d’algorithmes, etc.). Ces différents outils sont largement mis à la disposition de la communauté scientifique, notamment au travers de services web du Pôle Bioinformatique Lyonnais (PBIL : http://pbil.univ-lyon1.fr/).