DETECTION DE LA DIVERSITÉ ÉTEINTE ET INCONNUE À L’AIDE DES TRANSFERTS HORIZONTAUX – STHORIZ

Nous utilisons deux types de méthodes pour tenter de détecter des lignées inconnues : la détection de transferts horizontaux par une méthode de réconciliation, et la détection d'introgression par une méthode statistique nommée ABBA-BABA.
L'approche est similaire dans les deux cas : simuler des scénarios évolutifs impliquant des espèces éteintes et non échantillonnées, puis détecter la trace laissée par ces lignées inconnues après analyse des lignées connues.

Nous avons publié un outil qui pour la première fois est capable de simuler l'évolution de génomes le long d'un arbre d'espèces en prenant en compte les lignées éteintes
Sur des données simulées avec cet outil, nous avons pu montrer que des groupes d'espèces inconnus laissaient des traces détectables dans les résultats d'analyses de réconciliation.
Enfin, nous avons montré que l'interprétation des tests d'introgression de type ABBA-BABA devenaient erronés si des lignées inconnues existaient, ce qu'il semble légitime de considérer comme la norme plutôt que comme l'exception.

Nous continuons à explorer ces éléments et devons maintenant rédiger des articles sur ce thème. Nous souhaitons aussi comprendre ce qui diffère entre des données simulées et des données biologiques dans ce context, pour expliquer pourquoi la détection de lignées inconnues ne fonctionne pas sur les jeux de données biologiques que nous avons construit.

Davín, A. A., Tricou, T., Tannier, E., de Vienne, D. M., & Szöllosi, G. J. (2020). Zombi: a phylogenetic simulator of trees, genomes and sequences that accounts for dead linages. Bioinformatics, 36(4), 1286-1288.

“En première approximation, toutes les espèces sont éteintes”, et la plupart de celles qui ne le sont pas sont encore inconnues. Une vision globale de la diversité et de l’histoire des espèces doit passer par leur détection même en l’absence de données fossiles. Les transferts horizontaux de gènes sont fréquents, notamment chez les procaryotes, et de nombreux gènes aujourd’hui détectés chez des espèces vivantes ont été acquis par transferts horizontaux depuis des espèces aujourd’hui disparues ou inconnues. La comparaison des arbres de gènes et des arbres d’espèces par des méthodes de “réconciliation” permet de reconstruire l’histoire des gènes, en termes de transferts, de duplications et de pertes.
Nous montrons par des simulations que ces méthodes de réconciliation permettent aussi de détecter la présence de groupes “fantômes”, éteints ou encore inconnus, par la détection des gènes qu’ils ont transférés vers des espèces dont nous avons connaissance. Ce résultat préliminaire a un fort impact. Il suggère que nous pouvons détecter des clades éteints même en l’absence de données fossiles (et la majorité des espèces ne fossilisent pas), que nous pouvons améliorer les approches métagénomiques de détection de clades inconnus en proposant de cibler spécifiquement des groupes nouveaux, et que nous avons pour la première fois la possibilité d’explorer l’impact que les extinctions de masse, connues uniquement par l’analyse de fossils eucaryotes, ont eu sur les procaryotes.
Ce projet, nommé STHORIZ (contraction de STory et HORIZontal), propose d’explorer en détail cette idée originale. Plus spécifiquement, nous proposons (1) d’illustrer l’importance de considérer les clades “fantôme” dans les études visant à détecter des transferts, par une analyse contradictoire et une réanalyse de résultats précédemment publiés, (2) d’explorer les conditions d’utilisation et les limites des méthodes de réconciliation actuelles pour détecter des groupes fantôme, et enfin (3) d’utiliser ces méthodes pour prédire chez les procaryotes mais aussi chez les procaryotes, des clades éteints ou inconnus et rechercher des traces d’extinctions de masse. Toutes ces tâches nécessitent un simulateur prenant en compte la diversité éteinte, dont le développement a déjà commencé.

Le projet STHORIZ offre la possibilité d’explorer pour la première fois la diversité de clades procaryotes et eucaryotes jusqu’alors inconnus, mais aussi de contribuer à un changement de la vision que nous avons de la biodiversité, en montrant l’importance de la diversité cachée, qu’elle soit éteinte ou inconnue. Ce projet ouvre une nouvelle porte dans le cadre conceptuel de l’exploration de la biodiversité.