Bioinformatique en génomique évolutive

1. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Bioinformatique en génomique évolutive Elsa Petit

2. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Parcours • 1997-2000: Ecole d’Ingénieurs des Travaux Agricoles, Bordeaux • Option pathologie végétale • Eté 1999: Iowa State University, Prévision de l’anthracnose de la pastèque • Eté 2000: University of California, Effet de l’environnement sur le risque d’oidium • 2000-2005: Thèse de pathologie végétale, Universityof California, Davis • Contrôle des champignons pathogènes responsables de la maladie du pied-noir de la vigne • 2005-2006: Ingénieur bioinformatique, Génopole, Evry • Entreprise Atragene, France • 2006-2008: Post-doctorant, University of Massachusetts • Génomique fonctionnelle des bactéries • 2009-2012: Professeur contractuel, Amherst College • Génomique évolutive des champignons pathogènes • 2013: ATER, Museum Paris • Génétique des populations, Drosophilasimulans * Périodes creuses en terme de recherche: 1 an de bénévolat et 1 an dans le privé

3. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Génomique d’une bactérie cellulolytique Objectif: Identification des gènes responsables des capacités généralistes de la bactérie Clostridium phytofermentans Coordinatrice de l’analyse du génome complet Génomique fonctionnelle (Puces d’expression du génome): comparaison sur 17 substrats détection de gènes d’intérêt Petit, E., et al.. 2012. Involvement of a bacterial microcompartment in the metabolism of fucose and rhamnose by Clostridium phytofermentans. PLoSONE e54337. Petit, E., et al.. 2012. The genome and transcriptome of the bacterium Clostridium phytofermentans.(soumis). Blanchard J. L. , LeschineS., Petit E., and FabelJ. . 2010. Methods and compositions for improving the production of products in microorganisms. Brevet US20100028966.

4. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Evolution des chromosomes sexuels chez le champignon Microbotryum a2 a1 • Objectif: Déterminer si l’évolution de la suppression de recombinaison sur les chromosomes sexuels des champignons est similaire à celle des animaux et plantes • Caractérisation de la taille de la zone non-recombinante (carte optique) a2 a1 zone non-recombinante zones recombinantes

5. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Evolution des chromosomes sexuels chez le champignon Microbotryum Sporobolomyces • Identification des gènes spécifiques aux chromosomes sexuels • Résultats: • Preuves de l’existence de « strates » sont faibles chez les champignons en utilisant une approche phylogénétique. Microbotryum Petit, E., Giraud, T., et al. 2012. Linkage to the Mating-Type Locus across the Genus Microbotryum: Insights into non-recombining chromosomes. Evolution66. Hood, M., Petit, E., & Giraud, T. 2013. Extensive divergence between mating type chromosomes of the anther-smut fungus. Genetics193.

6. ParcoursProjet actuel Projet futur Enseignement Génomique de l’hybridation • L’hybridation permet de comprendre la spéciation • Modèle Microbotryum: • Cultivable facilement • Facile à croiser • Génotypes haploïdes • Valeur sélective des hybrides facile à quantifier • Sur le genre Dianthus, plusieurs espèces de pathogènes Microbotryum par espèce d’hôte Objectif: Rechercher l’existence d’hybrides et les conséquences génomiques de l’hybridation

7. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Génomiquede l’hybridation • Méthodes • Echantillonnage dans les Alpes • 6 espèces d’hôtes Dianthus • 8 microsatellites, 235 individus • Résultats • 3 espèces de pathogènes généralistes • Hybrides entre toutes les espèces

8. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Génomiquede l’hybridation • Distribution selon la géographie • Absence de spécificité à l’hôte • Sympatrie • Hybrides en présence de leur parents 44.6 44.4 44.2 44.0 8.2 8.4 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0

9. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Génomique de l’hybridation • Objectif: Déterminer les conséquences génomiques de l’hybridation • Exemple de la prolifération des éléments transposables (type copia) Nombre de copies par PCR quantitative Pourcentage du génome par 454

10. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Génétique des populations: Drosophila simulans Objectif: Historique démographique de la colonisation de l’Europe depuis l’Afrique • 15 individus par population en Afrique et en Europe pour D. melanogasterand D. simulans • Séquences de 44 loci • Comparaison de scénarios avec simulation ABC: • Quand a eu lieu la migration depuis l’Afrique? • Taille du goulet d’étranglement? • Variation des tailles efficaces au cours du temps? • Flux de gènes entre les 2 populations?

11. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Plateformed’analyseRNAseq de novo Objectif: Développer une plateforme d’analyse pour l’assemblage RNA-Seq pour les organismes dont le génome complet n’est pas disponible et qui répondent a des questions évolutives

12. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Plateformed’analyseRNAseq de novo • Pas besoin d’organismes modèles séquencés • Assemblage de transcrits -> facilité par des tailles des fragments de plus en plus grandes Gene 1 Gene 2 Contig 1 Gene 1 Contig 1 Gene 2 Contig 2 Gene 2

13. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Plateformed’analyseRNAseq de novo Type de sequencage, multiplexage, nombre d’echantillons Extraction ARN Séquençage cDNA Contrôles qualités, normalisation Assemblage de novo Comptage Annotation Alignements Analyse de l’expression différenciée Détection des variations Enrichissement fonctionnel Sélection

14. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Insertion dans le laboratoire d’accueil Institut de Biologie Paris Seine Equipe Pr. Le Crom • Séquenceur illumina • Expertises • Plateforme Eoulsande génomique fonctionnelle Mon programme: • RNAseq de novo • Evolution • Génomique des populations France Génomique

15. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Questions biologiques : divergence adaptative • Des adaptations au même environnement impliquent-elles les mêmes gènes ou mutations ? • Quelle proportion du génome est impliquée dans l’adaptation?

16. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Enseignement • Cours enseignés en anglais • Mycologie(60h, 40 étudiants) • Microbiologie (10h, 100 étudiants) • Ecologie des Maladies Infectieuses(120h, 10 étudiants) • Biologie des Génomes(60h, 25 étudiants) • Sélectionnée pour formation pédagogique First IV (National Science Foundation) • « enseigner la science comme elle est pratiquée » • Projet d’enseignement • Formation pédagogique utile pour enseigner en amphithéâtre • Effectifs et publics variés • Sujet connu de la bioinformatique

17. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Informatique Début Informatique niveau 1 et optionnel(License) • Utilisation du terminal • Création d’algorithmes • Initiation a la programmation Ecrire “Entrer un nombre” Lire N N<0 Faux Vrai Mon expérience • Cours d’algorithmes école d’ingénieur • Utilisation courante pour ma recherche • Programmation en Python, Perl, R Ecrire “Nombre négatif” Ecrire “Nombre positif” Fin

18. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Bio-informatique – Algorithmique des séquences et programmation Python Bioinformatique (License et Master) • Analyse de séquences • Programmation (Python) • Recherche de motifs Mon expérience • Génomique comparative • Cours biologie des génomes • Programmation en Python

19. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Formation pédagogique First IV (National Science Foundation) • Inspirée par Socrates, centrée sur l’ étudiant • « enseigner la science comme elle est pratiquée » • Design du cours commence par le but final, puis comment évaluer le progrès • Quels concepts clefs doivent être retenus

20. Parcours Projet actuel Projet futur Enseignement Proposition d’un cours:Biologie des genomes • Architecture des systèmes génétiques • Masse d’information génétique  comprendre l’intégrité génomique • Evaluer comment génome “assemblages d’éléments génétiques” • Conséquences des structures génomiques sur la forme des espèces et les potentiels évolutifs a long-terme • Projets individuels originaux: • Ex: Importance des éléments transposables chez les champignons levures ou non.

21. Figure 1. Overview of de novo short reads assemblers. Zhang W, Chen J, Yang Y, Tang Y, et al. (2011) A Practical Comparison of De Novo Genome Assembly Software Tools for Next-Generation Sequencing Technologies. PLoS ONE 6(3): e17915. doi:10.1371/journal.pone.0017915 http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0017915