Barcoding

Géologie - évolution
marie-claude segui
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Barcoding

Messagepar marie-claude segui » 26 sept. 2010, 17:26

Bonjour,

C'est avec ces nouveaux programmes de seconde que j'ai entendu parler pour la première fois de barcoding!

Vous nous en avez un peu parlé, si j'ai bien compris, c'est l'étude du programme génétique de chaque espèce.

Mais qu'est ce qui a motivé ce travail titanesque?

Merci encore!

Gilles ESCARGUEL
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Re: Barcoding

Messagepar Gilles ESCARGUEL » 27 sept. 2010, 23:02

Bonjour,

Le projet de barcoding est une réponse simple (d’aucuns disent simpliste) et ambitieuse (les même ajoutant : trop) à un problème majeur de la biologie systématique moderne (là, tout le monde est d’accord !) : 200 ans de travaux soutenus ont été nécessaires pour décrire ~10% des espèces vivant actuellement sur Terre (ordre de grandeur). Comment faire pour accélérer le rythme ??? Réponse : passer d’une détermination essentiellement morphologique des espèces (longue, pas toujours reproductible, demandant des expertises, etc) à une détermination génétique automatique (informatique) des espèces : l’ADN est vu comme un code-barre qui, passé dans le lecteur de code (séquençage & comparaisons informatiques) révèle immédiatement l’identité de l’échantillon analysé.

Le constat est simple : prenez un kg de terre ou un litre d’eau douce ou de mer n’importe où en France (sûrement une des parties de la planète où la biodiversité est la mieux connue !). Séquencez l’ADN qui s’y trouve en focalisant, grâce à des amorces PCR spécifiques, sur un gène bien connu (par exemple dans le mtADN). Résultat : >99% des séquences que vous allez obtenir sont à ce jour totalement inconnues : on ne sait simplement pas à qui (quelles espèces) elles appartiennent.

Partant de là, l’idée du barcoding est, encore une fois, simple. Des études exploratoires sur de larges échantillons d’espèces (quelques dizaines de milliers) déjà connues pour un groupe donné (animal, végétal, plante…) permettent de définir 1, 2 ou 3 « séquences-barcodes » connues pour ces espèces. Tout nouvel échantillon est séquencé pour ce(s) « séquence(s)-barcode(s) » et comparé informatiquement aux dizaines de milliers de séquences du référentiel. Si ça correspond, rien de neuf. Si ça ne correspond pas, cet échantillon est une nouvelle espèce qui enrichi à son tour le référentiel.

Ainsi par exemple chez les animaux, c’est la sous-unité 1 du gène mito de la cytochrome oxydase c , codé COI, qui est la plus fréquemment utilisé. Pour les végétaux, c’est le couple de gènes chloroplastiques rbcL(=RuBisCO)-matK. Le critère de base pour choisir une bonne séquence-barcode est qu’elle doit être très variable d’une espèce à l’autre mais très peu variable d’un individu à l’autre au sein d’une même espèce. C’est un peu la quadrature du cercle !

Il ne s’agit donc pas du tout (heureusement !) d’explorer l’ensemble du génome des espèces (totalement impossible en l’état actuel, ne serait-ce que pour des raisons de coût. En revanche, séquencer 1-3 gènes de mtADN coûte aujourd’hui <50€, ce qui est déjà plus raisonnable !

Malheureusement, les choses sont bien plus compliquées que cela dans la pratique. Un exemple parmi plusieurs : au sein d’une même espèce, il y a de la variabilité génétique d’un individu à l’autre. Comment prendre en compte cette variabilité (rarement échantillonnée) afin de décider si un nouvel échantillon est, oui ou non, une nouvelle espèce ? Cette question rejoint directement un autre fil de ce forum (voir « Diversité et génétique). Au départ, les « barcodeurs » ont fixés des valeurs-seuils pour de larges groupes d’êtres vivants. Mais par la suite de nombreuses études ont montré que ces valeurs-seuils pouvant sensiblement varier au sein d’un même groupe, amenant à reconnaître à tort de nouvelles espèces là où il n’y avait en fait que de la variabilité intra-spécifique (seuil trop bas) ou bien au contraire à regrouper dans une même espèces différentes espèces (seuil trop haut). Le réel est toujours plus complexe et variable que ce que l’on souhaiterai !

Voilà pour le barcode, qui n’a, c’est certain, pas fini de faire parler de lui – et pas que dans les milieux spécialisés !

Gilles.

marie-claude segui
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Re: Barcoding

Messagepar marie-claude segui » 28 sept. 2010, 07:37

Ah d'accord... 1 à 3 gènes par spécimen...

Je vais certainement dire une bêtise, mais:
Pour un gène donné, la variabilité est très importante, mais pas infinie car ce gène doit conserver son pouvoir codant pour une protéine fonctionnelle...
Alors, si on le séquence chez toutes les espèces possibles (des millions?)...il va arriver qu'il soit le même chez des espèces différentes non??? sauf s'il s'agit d'une séquence non codante...

Sinon, avec 2 ou 3 gènes pris chez toutes les espèces on va reconstituer une intéressante phylogénie non?

Merci et bonne journée :D

Gilles ESCARGUEL
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Re: Barcoding

Messagepar Gilles ESCARGUEL » 28 sept. 2010, 22:52

Bonjour !

marie-claude segui a écrit :
Pour un gène donné, la variabilité est très importante, mais pas infinie car ce gène doit conserver son pouvoir codant pour une protéine fonctionnelle...
Alors, si on le séquence chez toutes les espèces possibles (des millions?)...il va arriver qu'il soit le même chez des espèces différentes non??? sauf s'il s'agit d'une séquence non codante...



C'est tout le problème du choix de la ou des séquences (pas forcément des gènes d'ailleurs) qui vont être choisies pour résoudre la question... Mais bien voir ici que l'utopie de trouver la séquence, voire même l'association d'un nombre raisonnable de séquences (même non-codantes : à la rigueur, c'est pire, vu l'instabilité de ces séquences, y compris au sein d'une même espèce) qui permettraient de résoudre l'ensemble des espèces actuelles a très vite été abandonné... On ne peut pas barcoder des archées, des ascomycètes, des angiospermes, des arthropodes et des mammifères avec le même jeu de séquences : c'est clairement impossible. L'idée est donc de pré-cibler la recherche : pas besoin d'être un grand expert et de faire marcher le séquenceur pour savoir si tel ou tel organisme est une archée, un foraminifère, une fougère ou un crustacé ! Partant de là, cette première "détermination" permet de définir la ou les séquences qui vont permettre d'aller plus loin dans l'identification du spécimen.

Autrement dit, si le barcodage est une approche universelle de l'identification taxinomique, sa mise en oeuvre pratique ne l'est pas...

marie-claude segui a écrit :
Sinon, avec 2 ou 3 gènes pris chez toutes les espèces on va reconstituer une intéressante phylogénie non?



Ca dépend ! Au sein d'un même genre ou d'une même Famille, oui, potentiellement. Mais d'un Ordre, d'une Classe, voire plus, certainement pas -- c'est clairement insuffisant. Aujourd'hui, les "grandes" phylogénies moléculaires du vivant correspondent à des concaténations de plusieurs dizaines de gènes mitochondriaux et nucléaires différents, évoluant à des rythmes différents.

Ce qui me permet d'ailleurs de préciser ici une chose qui peut surprendre.

Le problème du barcodeur n'est pas le problème traiter par le phylogénéticien. Pour parler crument, le barcodeur "bête et méchant" n'a rien à faire de l'évolution. Son problème est purement taxinomique : à quelle espèce appartient cet individu ? Ni plus, ni moins. La position de l'espèce dans l'arbre du vivant n'est pas son problème, du moins pas prioritairement. Le barcodeur est un classificateur. Un Linné des temps modernes, qui a remplacé sa loupe et son scalpel de dissection par un séquenceur à plusieurs centaines de milliers d'€. Vous aurez d'ailleurs peut-être remarqué que le barcode est un système d'identification d'espèces. Pas de genres, de Familles, d'Ordre ou autres. Ors que sont les genres, les Familles, les Ordres et autres sinon des catégories construites a posteriori et reflétant la hiérarchie des branchements phylogénétiques qui se sont succédés durant l'histoire des êtres vivants ?

Puisque l'on parle de phylogénie et tant que j'y pense, je vous conseille vivement de vous rendre sur le site du TimeTree of life : http://www.timetree.org/

Sur la page d'accueil, un petit module permet de calculer la date de divergence de 2 taxons actuels. Tapez Homo sapiens en A et Mus musculus (souris de labo) en B. Cliquez sur Search : résultats synthétiques et détaillés apparaissent. Vous pouvez ainsi dater la plupart des nœuds de n'importe quel arbre phylogénétique utilisé en classe !

Maintenant, depuis la page d'accueil, cliquez en haut à droite sur l'icône du TimeTree of Life Book. Et voici l'état de l'art actuel en phylogénie moléculaire du monde vivant : un bouquin de 150€ (que vous pouvez acheter si votre établissement est riche !) entièrement gratuitement téléchargeable avec, en prime, un joli poster à imprimer et afficher dans vos classes !...

Un joli cadeau pour commencer l'année !!! :D

Gilles.

T.Pélissié
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Re: Barcoding

Messagepar T.Pélissié » 01 oct. 2010, 16:39

Je viens d'y jeter un coup d'oeil. Supet cadeau en effet! :20:
Merci aussi Gilles pour tes réponses trés documentées.

alice
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Re: Barcoding

Messagepar alice » 01 oct. 2010, 20:09

Le problème du barcodeur n'est pas le problème traiter par le phylogénéticien. Pour parler crument, le barcodeur "bête et méchant" n'a rien à faire de l'évolution. Son problème est purement taxinomique : à quelle espèce appartient cet individu ? Ni plus, ni moins. La position de l'espèce dans l'arbre du vivant n'est pas son problème, du moins pas prioritairement. Le barcodeur est un classificateur.

Pourtant on nous répète qu'une classification ne se conçoit pas sans une perspective évolutive... ;)
Ce serait le moyen de faire les d'une pierre deux coups!

Merci beaucoup pour ces réponses très intéressantes!

Gilles ESCARGUEL
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Re: Barcoding

Messagepar Gilles ESCARGUEL » 05 oct. 2010, 21:46

alice a écrit :Pourtant on nous répète qu'une classification ne se conçoit pas sans une perspective évolutive... ;)
Ce serait le moyen de faire les d'une pierre deux coups!


"En biologie, rien n'a de sens si ce n'est à la lumière de l'évolution". Vous connaissez tou(te)s cette citation célèbre de Theodosius Dobzhansky, un des grands acteurs de la synthèse néo-darwinienne dans les années 1950-1960. J'aime bien rajouter à cette citation l'affirmation complémentaire suivante : "... et en évolution, rien n'a de sens si ce n'est à la lumière d'une phylogénie"... Simplement parce qu'une phylogénie est une hypothèse de relation de parenté entre taxons, hypothèse nous donnant le "story board" qui nous permet de restituer a posteriori le déroulement historique de l'évolution.

En cela, aujourd'hui, la classification naturelle des êtres vivants tire son sens et sa légitimité de l'évolution, et ne peut donc être que phylogénétique -- une différence majeure par rapport à Linné, différence qui n'est pas sans poser moultes problèmes opérationnels sur lesquels de nombreux systématiciens s'étripent actuellement... En bref : comment faire rentrer une taxinomie phylogénétique dans laquelle seule des groupes monophylétiques (clades) peuvent être nommés (d'où la disparition de termes pourtant pratiques, mais résolument paraphylétiques, telles que invertébré, poisson, amphibien, reptile, etc.), avec le formalisme hiérarchique linnéen (espèce - genre - famille - ordre...) ??? Un exemple parmi d'autres : dans la dernière classification phylogénétique générale des mammifères fossiles et actuels, on distingue entre la classe "Mammalia" et le niveau Genre une bonne 40aine de niveaux intermédiaires : sous-classe, infra-classe, parvo-classe, magnordre, super-ordre, sous-ordre, infra-ordre, etc., etc. ! Totalement ingérable dans la pratique !!!

Cela dit, même si cela n'est pas (encore) le cas en France, cette dépendance classification - phylogénie n'est pas forcément la bienvenue dans les pays où l'évolutionnisme est en lutte contre d'autres formes d'explication non-scientifique du réel. Je veux bien sûr parler de créationnisme. Ainsi de part le monde, simplement "pour pouvoir travaillera en paix" et avoir des financements, de nombreux biologistes font aujourd'hui de la taxinomie sans aucune référence explicite ou implicite à l'évolution. ils classent des êtres vivants comme d'autres classent des timbres postes ou des capsules de coca-cola...

On ferait bien de réfléchir sérieusement à cela en France, car ce genre de petits problèmes pourrait bien nous arriver plus tôt que prévu... :cry:

Gilles.


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