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UMR CNRS 5558 - LBBE "Biométrie et Biologie Évolutive" UCB Lyon 1 - Bât. Grégor Mendel 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE cedex
- Research
- +Thématique générale : Génomique Evolutive et Bioinformatique -Thématique générale : Génomique Evolutive et Bioinformatique
Organisation, Fonctionnement et Evolution des Génomes : Mais où est donc passée la sélection naturelle ?
Les premières formes de la vie consistaient probablement en des molécules d’ARN capables de s’autorépliquer. Au cours de l’évolution, les systèmes vivants se sont grandement complexifiés, mais la fonction principale du génome est restée la même : contenir les informations nécessaires à sa propre perpétuation. Cette fonction essentielle est une des forces qui gouvernent l’évolution du génome, mais ce n’est pas l’unique. Comme le prédit le modèle neutraliste de Kimura, les mutations peuvent s’accumuler dans les génomes tant qu’elles ne sont pas trop nuisibles à son fonctionnement. Le génome est donc le produit de ces deux forces évolutives : certaines caractéristiques que nous observons aujourd’hui reflètent des contraintes structurales ou fonctionnelles qui opèrent actuellement ou qui ont opéré dans le passé ; d’autres reflètent des évènements évolutifs qui n’ont pas donné prise à la sélection naturelle.
Aujourd’hui, les séquences de nombreux génomes sont désormais connues. Pourtant nous sommes encore loin d’avoir décrypté l’information contenue dans ces séquences. De nombreuses caractéristiques de nos génomes restent incomprises. Pourquoi le génome des mammifères est-il constitué à 98% de séquences non-codantes ? Est-ce que l’ordre des gènes le long des chromosomes influe sur leur expression ? Pourquoi la densité en gène varie-t-elle le long du génome ? Comment identifier les éléments fonctionnels (gènes, régions régulatrcies) dispersés au milieu des ces régions non-codantes ? Toute la difficulté est d’arriver à distinguer dans les génomes les caractéristiques qui sont fonctionnellement importantes, de celles qui résultent de processus évolutifs neutres. Par conséquent, pour comprendre l’information génétique contenue dans les génomes, il est nécessaire d’étudier comment ces séquences évoluent.
Le modèle neutraliste fournit une hypothèse de travail extrêmement utile : si l’évolution d’un caractère ne se conforme pas au modèle neutraliste, alors c’est que cette évolution est sujette à des contraintes sélectives. Ainsi, pour identifier les caractéristiques du génome qui sont importantes pour son fonctionnement, il faut rechercher les caractères dont le mode d’évolution dévie du modèle neutraliste : c’est là le principe même de l’analyse comparative de génomes, qui est au cœur de toute mon activité de recherche.
- +Travaux en cours -Travaux en cours
Mes travaux actuels se focalisent sur 5 axes :
1- Impact de la recombinaison et de la conversion génique biaisée (CGB) sur l’évolution des génomes. En particulier j’étudie le rôle de la CGB dans l’évolution des isochores dans les génomes de vertébrés.
2- Evolution des séquences et des patrons de méthylation dans les régions non-codantes dans les génomes de primates. Ces travaux reposent sur l’analyse des patrons de substitution et de polymorphisme chez les primates dont le génome a été entièrement séquencé (homme, chimpanzé, macaque).
3- Impact des duplication globales de génomes sur l’évolution du répertoire de gènes et l’émergence de nouvelles fonctions. Ces travaux reposent sur l’analyse du génome de la paramécie (Paramecium tetraurelia).
4- Evolution du locus d’inactivation du chromosome X des mammifères.
5- Bioinformatique : développement de bases de données pour la génomique comparative. Bases de données de familles de gènes homologues (HOVERGEN, HOGENOM, HOMOLENS). Base de données de génomes complets alignés (Genomicro).
- +Résumé des travaux de recherche -Résumé des travaux de recherche
Principaux axes de recherche depuis 1992
Pour une sélection d’articles (et de PDF) représentatifs de mes travaux, suivez ce lien.
Lors de ma thèse, j’ai utilisé l’approche comparative à grande échelle pour analyser les régions non-codantes des gènes de vertébrés. J’ai ainsi démontré que ces séquences contiennent de nombreux éléments régulateurs extrêmement conservés au cours de l’évolution .
Je me suis ensuite intéressé aux contraintes fonctionnelles liées à l’expression des gènes. J’ai montré que chez de nombreux métazoaires, l’usage des codons synonymes et l’abondance des ARNt sont co-adaptés pour optimiser la traduction des gènes fortement exprimés. J’ai également montré que la variabilité des vitesses d’évolution des gènes est principalement liée à leur patron d’expression.
J’ai également contribué à la compréhension de l’origine de gènes nouveaux. Ainsi nous avons démontré que le rétrovirus endogène HERVW-E1 a été domestiqué au cours de l’évolution des primates et est désormais impliqué dans la placentation. Nous avons également démontré que le gène non-codant Xist, qui joue un rôle clé dans l’inactivation du chromosome X, dérive d’un gène protéique pseudogénisé. Ces deux exemples illustrent comment des séquences parasites de nos génomes (pseudogènes, éléments transposables) peuvent totalement changer de fonction et ainsi participer au bricolage évolutif conduisant à la formation de nouveaux gènes. Mais la plupart des gènes nouveaux sont en fait le résultat de processus de duplication. En particulier, il a récemment été découvert que les évènements de duplication globale du génome (DGG), bien que rares, se sont produits de manière récurrente au cours de l’évolution des eucaryotes. J’ai notamment participé à l’analyse du génome de la paramécie dans lequel nous avons retrouvé les traces des trois DGG successives. La paramécie offre une opportunité unique pour comprendre les conséquences de ces événements évolutifs majeurs, car les duplications de son génome sont suffisamment récentes pour pouvoir étudier dans le détail le devenir des gènes après une DGG. Nous avons ainsi pu pour la première fois analyser à grande échelle la contribution des DGG à l’évolution de nouvelles fonctions et à l’émergence de nouvelles espèces.
Pour pouvoir identifier les caractéristiques fonctionnelles du génome, il est nécessaire de bien comprendre les différentes forces qui gouvernent l’évolution des génomes. Jusqu’à présent, les chercheurs considéraient uniquement deux processus : la mutation et la sélection. Mes travaux, menés en collaboration avec Nicolas Galtier (CNRS, Montpellier), ont permis de montrer qu’une troisième force avait un impact majeur sur l’évolution des génomes : la conversion génique biaisée (BGC). Ce processus est lié à la recombinaison et tend à favoriser la fixation des allèles G ou C par rapport à A ou T. Nous avons ainsi démontré que le BGC est à l’origine des paysages génomiques très particuliers observés chez les vertébrés (les isochores). Il est essentiel de prendre en compte ce processus de BGC car par de nombreux aspects, il peut être confondu avec la sélection naturelle. Ainsi nous avons montré que diverses caractéristiques génomiques, qui étaient interprétées comme reflétant des contraintes fonctionnelles, sont en fait le simple fruit de ce processus non-adaptatif.
Enfin, l’ensemble de mon travail repose sur l’analyse comparative et statistique de données génomiques. Ainsi j’ai été amené à développer des outils bioinformatiques (logiciels, bases de données) pour la génomique comparative. Ces outils sont mis à disposition de la communauté via le Pôle Bioinformatique Lyonnais (http://pbil.univ-lyon1.fr/).
+Publications -Publications
article :
Bolivar P, Guéguen L, Duret L, Ellegren H, Mugal CF (2019)
GC-biased gene conversion conceals the prediction of the nearly neutral theory in avian genomes, Genome biology, vol. 20 pp.5-5.
Reiss D, Mialdea G, Miele V, de Vienne DM, Peccoud J, Gilbert C, Duret L, Charlat S (2019)
Global survey of mobile DNA horizontal transfer in arthropods reveals Lepidoptera as a prime hotspot, PLoS genetics, vol. 15 pp.e1007965-e1007965.
Diagouraga B, Clement JAJ, Duret L, Kadlec J, De Massy B, Baudat F (2018)
PRDM9 Methyltransferase Activity Is Essential for Meiotic DNA Double-Strand Break Formation at Its Binding Sites, Molecular cell, vol. 69 pp.853-865.
Galtier N, Roux C, Rousselle M, Romiguier J, Figuet E, Glémin S, Bierne N, Duret L (2018)
Codon Usage Bias in Animals: Disentangling the Effects of Natural Selection Effective Population Size and GC-Biased Gene Conversion, Molecular Biology and Evolution, vol. 35 pp.1092-1103.
Guéguen L, Duret L (2018)
Unbiased estimate of synonymous and non-synonymous substitution rates with non-stationary base composition, Molecular biology and evolution, vol. 35 pp.734-742.
Saclier N, Francois CM, Konecny-Dupre L, Lartillot N, Guéguen L, Duret L, Malard F, Douady CJ, Lefebure T (2018)
Life History Traits Impact the Nuclear Rate of Substitution but Not the Mitochondrial Rate in Isopods, Molecular biology and evolution, vol. 35 pp.2900-2912.
Cariou M, Duret L, Charlat S (2017)
The global impact of Wolbachia on mitochondrial diversity and evolution, Journal of Evolutionary Biology, vol. 30 pp.2204-2210.
Grey C, Clement JA, Buard J, Leblanc B, Gut I, Gut M, Duret L, de Massy B (2017)
In vivo binding of PRDM9 reveals interactions with noncanonical genomic sites, Genome research, vol. 27 pp.580-590.
Latrille T, Duret L, Lartillot N (2017)
The Red Queen model of recombination hot-spot evolution: a theoretical investigation, Philosophical Transactions of The Royal Society B-Biological Sciences, vol. 372 pp.20160463-20160463.
Lefebure T, Morvan C, Malard F, Francois C, Konecny-Dupre L, Guéguen L, Weiss-Gayet M, Seguin-Orlando A, Ermini L, Sarkissian C, Charrier N P, Eme D, Mermillod-Blondin F, Duret L, Vieira C, Orlando L, Douady CJ (2017)
Less effective selection leads to larger genomes, Genome research, vol. 27 pp.1016-1028.
Pouyet F, Mouchiroud D, Duret L, Sémon M (2017)
Recombination meiotic expression and human codon usage, eLife, vol. 6 pp.e27344-e27344.
Saudemont B, Popa A, Parmley JL, Rocher V, Blugeon C, Necsulea A, Meyer E, Duret L (2017)
The fitness cost of mis-splicing is the main determinant of alternative splicing patterns, Genome biology, vol. 18 pp.208-208.
Cariou M, Duret L, Charlat S (2016)
How and how much does RAD-seq bias genetic diversity estimates?, BMC evolutionary biology, vol. 16 pp.240-240.
Francois CM, Duret L, Simon L, Mermillod-Blondin F, Malard F, Konecny-Dupre L, Planel R, Penel S, Douady CJ, Lefebure T (2016)
No Evidence That Nitrogen Limitation Influences the Elemental Composition of Isopod Transcriptomes and Proteomes, Molecular Biology and Evolution, vol. 33 pp.2605-20.
Glemin S, Arndt P F, Messer P W, Petrov D, Galtier N, Duret L (2015)
Quantification of GC-biased gene conversion in the human genome, Genome research, vol. 25 pp.1215-28.
Henri H, Cariou M, Terraz G, Martinez S, El Filali A, Veyssiere M, Duret L, Charlat S (2015)
Optimization of multiplexed RADseq libraries using low-cost adaptors, Genetica, vol. 143 pp.139-43.
Lassalle F, Perian S, Bataillon T, Nesme X, Duret L, Daubin V (2015)
GC-Content Evolution in Bacterial Genomes: The Biased Gene Conversion Hypothesis Expands, PLoS Genetics, vol. 11 pp.e1004941-e1004941.
Tessereau C, Leone M, Buisson M, Duret L, Sinilnikova OM, Mazoyer S (2015)
Occurrence of a non deleterious gene conversion event in the BRCA1 gene, Genes chromosomes & cancer, vol. 54 pp.646-52.
Kvikstad E M, Duret L (2014)
Strong heterogeneity in mutation rate causes misleading hallmarks of natural selection on indel mutations in the human genome, Molecular biology and evolution, vol. 31 pp.23-36.
Lesecque Y, Glemin S, Lartillot N, Mouchiroud D, Duret L (2014)
The red queen model of recombination hotspots evolution in the light of archaic and modern human genomes, PLoS genetics, vol. 10 pp.e1004790-e1004790.
Picard F, Cadoret J C, Audit B, Arneodo A, Alberti A, Battail C, Duret L, Prioleau M N (2014)
The spatiotemporal program of DNA replication is associated with specific combinations of chromatin marks in human cells, PLoS genetics, vol. 10 pp.e1004282-e1004282.
Romiguier J, Gayral P, Ballenghien M, Bernard A, Cahais V, Chenuil A, Chiari Y, Dernat R, Duret L, Faivre N, Loire E, Lourenco J M, Nabholz B, Roux C, Tsagkogeorga G, Weber A A, Weinert L A, Belkhir K, Bierne N, Glemin S, Galtier N (2014)
Comparative population genomics in animals uncovers the determinants of genetic diversity, Nature, vol. 515 pp.261-3.
Tessereau C, Lesecque Y, Monnet N, Buisson M, Barjhoux L, Leone M, Feng B, Goldgar D E, Sinilnikova O M, Mousset S, Duret L, Mazoyer S (2014)
Estimation of the RNU2 macrosatellite mutation rate by BRCA1 mutation tracing, Nucleic Acids Research, vol. 42 pp.9121-30.
Boussau B, Szollosi GJ, Duret L, Gouy M, Tannier E, Daubin V (2013)
Genome-scale coestimation of species and gene trees, Genome Research, vol. 23 pp.323-30.
Cariou M, Duret L, Charlat S (2013)
Is RAD-seq suitable for phylogenetic inference? An in silico assessment and optimization, Ecology and Evolution, vol. 3 pp.846-852.
Duret L, Charlat S (2013)
Eloge de l’ADN poubelle, Pour la science, vol. 81 pp.10-17.
Lesecque Y, Mouchiroud D, Duret L (2013)
GC-Biased Gene Conversion in Yeast Is Specifically Associated with Crossovers: Molecular Mechanisms and Evolutionary Significance, Molecular biology and evolution, vol. 30 pp.1409-19.
Montgomery S B, Goode D L, Kvikstad E, Albers C A, Zhang Z D, Mu X J, Ananda G, Howie B, Karczewski K J, Smith K S, Anaya V, Richardson R, Davis J, MacArthur D G, Sidow A, Duret L, Gerstein M, Makova K D, Marchini J, McVean G, Lunter G (2013)
The origin evolution and functional impact of short insertion-deletion variants identified in 179 human genomes, Genome Research, vol. 23 pp.749-61.
Vallot C, Huret C, Lesecque Y, Resch A, Oudrhiri N, Bennaceur-Griscelli A, Duret L, Rougeulle C (2013)
XACT a long noncoding transcript coating the active X chromosome in human pluripotent cells, Nature Genetics, vol. 45 pp.239-41.
Arnaiz O, Mathy N, Baudry C, Malinsky S, Aury JM, Denby Wilkes C, Garnier O, Labadie K, Lauderdale BE, Le Mouël A, Marmignon A, Nowacki M, Poulain J, Prajer M, Wincker P, Meyer E, Duharcourt S, Duret L, Bétermier M, Sperling L (2012)
The Paramecium Germline Genome Provides a Niche for Intragenic Parasitic DNA: Evolutionary Dynamics of Internal Eliminated Sequences, PLoS Genetics, vol. 8 pp.e1002984-e1002984.
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Meiotic Recombination favors the spreading of deleterious mutations in human populations, Human Mutation, vol. 32 pp.198-206.
Rouxel T, Grandaubert J, Hane JK, Hoede C, Van de Wouw AP, Couloux A, Dominguez V, Antouhard V, Bally P, Bourras S, Cozijnsen AJ, Ciuffetti LM, Degrave A, Dilmaghani A, Duret L, Fudal I, Goodwin SB, Gout L, Glaser N, Linglin J, GH Keman, Lapalu N, Lawrence CB, May K, Meyer M, Ollivier B, Poulain J, Schoch CL, Simon A, Spatafora JW, Stachoviak A, Turgeon BG, Tyler BM, Vincent D, Weissenbach J, Amselem J, Quesneville H, Oliver RP, Wincker P, Balesdent MH, Howlett BJ (2011)
Effector diversification with in compartments of the Leptosphaeria maculans genome affected by Repeat-Induced Point mutations, Nature communications, vol. 2 pp.1-10.
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Gene expression in a paleopolyploid: a transcriptome resource for the ciliate Paramecium tetraurelia, BMC Genomics, vol. 11 pp.547-547.
Beisson J, Bétermier M, Bré M-H, Cohen J, Duharcourt S, Duret L, Kung C, Malinsky S, Meyer E, Preer Jr JR, Sperling L (2010)
Paramecium tetraurelia: The Renaissance of an Early Unicellular Model, Emerging Model Organisms, vol. 2010 pp.1-55.
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Cadoret J-C, Meisch F, Hassan-Zadeh V, Luyten I, Guillet C, Duret L, Quesneville Q, Prioleau M-N (2008)
Genome-wide studies highlight indirect links between human replication origins and gene regulation, Proceedings of The National Academy of Sciences of The United States of America, vol. 105-41 pp.15837-15842.
Couté Y, Kindbeiter K, Belin S, Dieckmann R, Duret L, Bezin L, Sanchez J-C, Diaz J-J (2008)
ISG20L2 a novel vertebrate nucleolar exoribonuclease involved in ribosome biogenesis, Molecular & cellular proteomics, vol. 7 pp.546-559.
Duret L (2008)
Neutral Theory: The Null Hypothesis of Molecular Evolution, Nature Education, vol. 1 pp.803-806.
Duret L, Arndt PF (2008)
The Impact of Recombination on Nucleotide Substitutions in the Human Genome, PLoS Genetics, vol. 4 pp.1-19.
Duret L, Cohen J, Jubin C, Dessen P, Gout J-F, Mousset S, Aury J-M, Jaillon O, Noël B, Arnaiz O, Bétermier M, Wincker P, Meyer E, Sperling L (2008)
Analysis of sequence variability in the macronuclear DNA of Paramecium tetraurelia: A somatic view of the germline, Genome Research, vol. 18 pp.585-596.
Jaillon O, Bouhouche K, Gout J-F, Aury J-M, Noel B, Saudemont B, Nowacki M, Serrano V, Porcel BM, Ségurens B, Le Mouël A , Lepère G, Schächter V, Bétermier M, Cohen J, Wincker P, Sperling L, Duret L , Meyer E (2008)
Translational control of intron splicing in eukaryotes, Nature, vol. 451 pp.359-362.
Studer A, Penel S, Duret L, Robinson-Rechavi M (2008)
Pervasive positive selection on duplicated and nonduplicated vertebrate protein coding genes, Genome Research, vol. 18 pp.1393-1402.
Buchet-Poyau K, Courchet J, Hir H L, Seraphin B, Scoazec J Y, Duret L, Domon-Dell C, Freund J N, Billaud M (2007)
Identification and characterization of human Mex-3 proteins a novel family of evolutionarily conserved RNA-binding proteins differentially localized to processing bodies, Nucleic Acids Research, vol. 35 pp.1289-1300.
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Unexpected observations after mapping LongSAGE tags to the human genome, BMC Bioinformatics, vol. 8 pp.1-11.
Aury J-M, Jaillon O, Duret L, Noel B, Jubin C, Porcel BM, Segurens B, Daubin V, Anthouard V, Aiach N, Arnaiz O, Billaut A, Beisson J, Blanc I, Bouhouche K, Camara F, Duharcourt S, Guigo R, Gogendeau D, Katinka M, Keller AM, Kissmehl R, Klotz C, Koll F, Le Mouel A, Lepere G, Malinsky S, Nowacki M, Nowak JK, Plattner H, Poulain J, Ruiz F, Serrano V, Zagulski M, Dessen P, Betermier M, Weissenbach J, Scarpelli C, Schachter V, Sperling L, Meyer E, Cohen J, Wincker P (2006)
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phdthesis :
Duret L (2001)
HDR - Organisation Fonctionnement et Evolution des Génomes de Métazoaires : Mais où est donc passée la sélection naturelle ? .