Gnomique et postgnomique vgtale Des programmes de recherche
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Génomique et postgénomique végétale Des programmes de recherche au cœur des problématiques de biotechnologie végétale
Biotechnologies n Transformation de matière première en biens ou services par le moyen d’organismes vivants » n Technologies impliquant l’obtention et/ou l’utilisation d’organismes génétiquement modifiés n Développement et utilisation de techniques de cultures in vitro dans différents domaines relatifs au végétal et à l’amélioration variétale» n Développement et application d’outils moléculaires dans différents domaines relatifs à l’agronomie et la médecine
Biotechnologies Développement et application d’outils moléculaires dans différents domaines relatifs à l’agronomie et la médecine
Programmes de génomique végétale Programmes de séquençage Objectif affiché : offrir aux semenciers de nouveaux outils d’amélioration, associés à des brevets Développement d’outils « haut débit » Espèces modèles Extension des programmes à d’autres espèces
Qui finance les programmes de génomique ? n Filières professionnelles q Sofiproteol, Unigrains, Limagrain, Euralis, RAGT, Biogemma, Bayer n Financements publics q INRA, CNRS, IRD, ARVALIS Génoplante q Syngenta, Monsanto q Gouvernements US, japonais, chinois, canadien, français, indien. . Séquençage du génome du riz
Concrètement n Achevés : Arabidopsis (2000), Riz (2002), Peuplier (2006) n En cours : Tomate, Blé, Colza, Pomme de Terre…
Post-génomique Exploitation des séquences Facteurs génétiques Caractéristiques agronomiques Résistance aux bioagresseurs Qualité des produits Dépôt de brevets
Séquençage Bioinformatique Séquençage du génome Prédiction in silico (initialement 40 % d’erreurs) EST c. DNA complets Annotation fonctionnelle Prédiction in silico Transcriptomique Analyse de mutants Génétique inverse Génétique classique Régulations transcriptionnelles Génétique inverse systématique Collections systématiques de mutants Phénomique
Les outils de la génomique fonctionnelle n Transcriptomique n Bioinformatique n Collections de mutants n Phénomique Investissement importants en parallèle des programmes de séquençage Génoplante SALK institute RIKEN GABI-KAT
Exemple du programme Génoplante n Travaux sur le génome de plantes : q q n Outils de génomique q q n maïs, colza, blé, tournesol, pois Arabidopsis Banques BAC, microsatellites Développement d’outils bioinformatiques Outils de génomique fonctionnelle q q q Plateformes « transcriptome » / « proteome » / « métabolome » Collections de mutants T-DNA et RNAi Tilling
Exemple du modèle Arabidopsis
Transcriptomique n Puces à ADN (microarrays) q q n Technologie privée Affymetrix Technologie académique CATMA Principe : q q q fixer sur un support des fragments d’ADN spécifiques de chaque c. DNA Hybrider un pool d’ARN extrait d’un tissu d’une lignée donnée dans une condition donnée et marqué à l’aide d’un fluorophore Évaluer pour cet échantillon d’ARN le niveau d’expression de la quasi-intégralité des gènes (dans le cas d’Arabidopsis)
Exemple : expression tissulaire d’un gène codant une proline déshydrogénase
Exemple : régulation par un agent pathogène d’un gène codant une proline déshydrogénase
Transcriptomique n Objectifs : q q Comprendre globalement les phénomènes de régulation de l’expression Disposer d’une banque de données d’informations sur l’expression de chaque gène fonctions potentielles
Collections de mutants
Quels mutants ? n Mutagenèse chimique n Mutagenèse par irradiation n Mutagenèse insertionnelle q q n Perte de fonction Gain de fonction RNAi Nombre important de mutations, mutations ponctuelles + délétions plus larges Faible nombre de mutations Insertions Extinction de familles de gènes Simple pour les plantes non-modèles
Génétique classique Sélectionner un processus biologique Générer une population aléatoire de mutants Cribler la population de mutants pour isoler quelques mutants d’intérêt Cartographier et cloner le gène muté
Génétique inverse Générer une collection de mutants Tilling « Deleteagene TM » Isoler des graines correspondant à la mutation d’un gène donné Caractériser le phénotype du mutant PCR
Phénotypage de mutants Parfois phénotype évident (la cause biochimique peut l’être beaucoup moins) Parfois le phénotype du mutant est difficile à identifier
Générer une collection systématique et non redondante de mutants dont la mutation est caractérisée Génétique inverse Isoler des graines correspondant à la mutation d’un gène donné Caractériser le phénotype du mutant Génétique inverse systématique Caractériser les phénotypes de l’ensemble de la collection pour une condition expérimentale donnée Outils de « phénomique »
Phénomique n Des outils en développement… Chaque puit correspond à un mutant différent hormone herbicide
Outils Internet d’exploration des données de génomique
Exemples pour Arabidopsis n Séquences : q n Généralités sur Arabidopsis q n TAIR Transcriptome q n Site du National Center for Biotechnology Information (NCBI) e. FP Browser Collections de mutants q q q SALK Institute GABI-KAT INRA Versailles
Identifier l’accession d’un gène correspondant à une enzyme
Numéro du gène sur le chromosome Accession du gène : At 3 g 30775 Arabidopsis thaliana ADN génomique, chromosome 3
Rentrer l’accession du gène
Cliquer sur un (le) locus proposé
Vérifier que la fonction référencée est bien celle attendue
Séquence génomique Séquence c. DNA contenant l’ORF Organisation introns-exons Existence de mutants (privilégier la recherche par le moteur de recherche du SALK)
Liens avec des outils bioinformatiques permettant de connaître les résultats de transcriptomique liés au gène en question
e. GFP Un exemple d’outil de visualisation de données transcriptomiques chez Arabidopsis thaliana
Vérifier que l’accession du gène est correcte Autres conditions expérimentales
T-DNA express Un outil pour identifier l’existence de mutants T-DNA dans les différentes collections mondiales de graines d’Arabidopsis thaliana
Design d’amorces pour caractériser les mutants T-DNA SIGn. ALT-DNA
Entrer l’accession du mutant
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