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Recombination and the Natureof Bacterial Speciation

Christophe Fraser, William P. Hanage, Brian G. Spratt

26 January 2007, Science 315, 476

Sophie de GRISSAC, Pierre CRESSON

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Bacillus subtilis

B.mojavensis

Streptococcus pneumoniae

E.coli

Introduction• Notion d’espèce : utilisation du concept d’espèce biologique

de MAYR.

• Chute du taux de recombinaison quand la diversité de séquence augmente.

• Rôle des MEPS dans cette relation (Shen et Huang, 1985)

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Introduction

Objectif Étudier l’influence des recombinaisons homologues sur la spéciation bactérienne

HypothèseLa spéciation bactérienne n’est pas liée à des contraintes écologiques ou géographique.

Elle est la conséquence d’un taux d’échec plus fort des recombinaisons entre séquences non homologues.

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Le modèle• Utilisation de 7 gènes neutres (" housekeeping

genes "), 70 allèles.

• Environnement « clos » : pas de migrations, pas d’imports génétique de l’extérieur.

• Changements uniquement dus aux mutations et à la dérive génétique.

• Taux de mutation θ = 2mLNe

Taux de recombinaison ρ = 2rNe

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A1-B1

A2-B2

A3-B2

A4-B3

A3-B2

t t+1

A2-B4

A5-B2

A3-B2

A3-B2

A3-B5

*

t+2

A5-B4*A3-B4

A2-B4

A5-B5

A3-B5

*

* Modifié d’après Fraser et al. 2005

Modèle multilocus neutre à allèles infinis d'évolution bactérienne.

*

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Résultats : Mise en évidence de 2 structures en fonction du rapport

Si en dessous d’un seuil :

formation de clusters qui divergent séparément

Si au dessus du seuil :

La population reste homogène

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Divergence allélique = nombre d'allèles dans la population

Résultats : Mise en évidence de 2 structures en fonction du rapport

• Population clonale : diversité allélique très variable

Rôle prépondérant de la dérive.

• Population recombinante : diversité au dessus de la moyenne et stable.

Pop. clonalePop. recombinante

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Rehomogénisation très rapide de la population

Sympatrie + 300 000 gén. en Allopatrie

+10 000 gen. en sympatrie

+10 000 gen. en sympatrie

Spéciation par allopatrie

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• Recombinaison : force d'homogénisation très importantes des populations bactériennes

"Casse" les liens entre les allèles et agit contre la spéciation.

• Dérive = seule force de spéciation (dans ce modèle).

• Population clonale : sélection naturelle et contraintes géographiques influencent le processus de « clustering » mais n'en sont pas la cause

Conclusion

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Réserves

• Étude uniquement centrée sur des bactéries pathogènes.

• Pas de prise en compte de la sélection naturelle dans le modèle.

• Modèle extrêmement simplifié.

• Seuil ?

• Concept de d’espèce biologique difficile à appliquer aux bactéries du fait des nombreux échanges génétiques y compris entre espèces différentes.

• Espèce bactérienne : 70% ADNr, 30% hybridation ADN

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Réserves : le seuil ?Fraser et al. Supporting online material.

Seuil

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Bibliographie

• Fraser et al., 2007, Supporting online material, Science.• Shen et Huang, 1985, Homologous recombination in

Escherichia coli: dependence on substrate length and homology, Genetics.

• Fraser et al., 2005, Neutral microepidemic evolution of bacterial pathogens, Proc. Natl. Sci. USA.