Etablir l'alignement et une phylogénie

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1 Etablir l'alignement à partir de séquences authentiques : une étape vers la phylogénie.

2 Procédure

Suite à une publication récente (Lemopoulos & Montoya‐Burgos , 2021) sur l'évolution des écailles, des plaques osseuses ou d'une peau nue, sur la base d'une phylogénie établie par la comparaison bioinformatique des séquences. Cf Jump-To-Science. Juan Montoya‐Burgos a sélectionné pour le projet Jump-To-Science des séquences ADN d'un gène afin de pouvoir refaire l'alignement avec les élèves. Le gène Cfap58 est un gène qui est présent à une seule copie chez toutes les espèces (single copy gene), qui montre suffisamment de variation et qui n'est pas trop difficile à aligner.

Le gène Cfap58 code pour: Cilia and flagella associated protein 58. On trouve cette protéine pour de nombreuses espèces sur Uniprot : sélection ici.

On peut noter qu'elle se trouve même chez l'humain Q5T655 (observer dans quel compartiment subcellulaire la protéine est retrouvée dans le schéma d'une cellule un peu plus bas)

2.1 Obtenir les séquences
  • Downloader le fichier texte ici qui contient les séquences pour quelques 21 espèces de poissons et le requin (groupe externe - ajouter un lien pour expliquer pk on a besoin de ce groupe ( rooted tree problem sauf erreur)), au format FASTA (le code présent après le nom des espèces correspond au numéro d’accession dans la banque de donnée GenBank
Alignment de 22-espèces de poissons sur Uniprot similarity on
Alignment de 22-espèces de poissons sur Uniprot similarity on
2.2 Aligner ces séquences
  • Ouvrir UniProt
  • Choisir Align NB. Uniprot est aisé à utiliser pour produire des alignements et en visualiser le degré de similitude- mais il et conçu pour des protéines. C'est un choix d’accessibilité pédagogique plutôt que de rigueur méthodologique
  • Coller depuis texte toutes les séquences dans le champ indiqué "Protein sequences (FASTA)"
  • Cliquer "Run align"
  • Après une attente variable de l'ordre de 1-3 minutes, on obtient un alignement (Exemple de résultat ici (actif jusqu'à mi juin 21)
    • Cliquer la case "Similarity" dans la colonne à gauche
    • Observer le grand degré de similarité - visible dans l'image ci-contre et ici
    • Remarque: cet outil d'alignement est prévu pour des séquences de protéines: le programme considère donc les 4 lettres A, T, C, G comme des acides aminés. Lorsque les acides aminés sont identiques, il y a un *. A et G sont des acides aminés 'similaires' : il y a un ..

Notez que l'arbre ("guided tree") en-dessous de l'alignement : "Tree" n'exprime pas réellement la phylogénie cf. pour une discussion de la validité de cet arbre cf ce scénario: Preuve de l'évolution par la comparaison de protéines chez différentes espèces). Voir plutôt l'arbre phylogénétique obtenu avec ces séquences établi par Montoya‐Burgos montrant disponible ici(pdf). Il nous fait remarquer que le gène étudié (CFA58) a évolué plus rapidement chez les espèces Hippocampe et PoissonGlobe que chez les autres espèces .ici

2.3 Pour aller plus loin
2.3.1 1) Eprouver le degré de similitude de ces espèces et discuter de l'origine commune de ces espèces
2.4 (cf. Preuve de l'évolution par la comparaison de protéines chez différentes espèces)
  • Reprendre l'alignement
  • Ajouter les séquences d'autres espèces dans la case "You may add additional sequences to this alignment (FASTA format)
  • Revenir dans Uniprot sur l'alignement
  • ajouter une séquence en plus par exemple une partie du gène chez l'humain ici
  • Cliquer "add sequence and align" pour refaire l’alignement :
  • Résultat : Alignemnt mémorisé quelques temps ici image d'un extrait avec la similarité activée ici
2.4.1 2) Voir la structure du gène humain Cfap58
2.4.2 3) Refaire les analyses avec des séquences de protéine
  • Aller sur UniProt
  • Chercher toutes les protéines avec le nom de gène Cfap58 Uniprot : sélection ici
  • Par défaut, 25 entrées UniProtKB sont affichées dans la table des résultats: cliquer 'Show 200'
  • Sélectionner les espèces que vous souhaitez mettre dans votre alignement (choisir des séquences de longueurs similaires - si possible).
  • Cliquer sur 'Align'.
  • Cliquer sur la case 'Similarity' dans la colonne de gauche.
  • Observer le degré de similitude

3 Insertions possibles des activités de biologie numérique

4 Concepts et Scénarios pédagogiques où il peut s'intégrer

5 Références

Lemopoulos, A., & Montoya‐Burgos, J. I. (2021). From scales to armor : Scale losses and trunk bony plate gains in ray‐finned fishes. Evolution Letters, evl3.219. https://doi.org/10.1002/evl3.219

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