Second order selection pressures promoting the evolution and maintenance of cooperation in microbial and in silico systems
Pressions de sélection de second ordre liées à l'évolution de la coopération dans des systèmes microbiens et numériques
par Frénoy Antoine sous la direction de Taddei François
Thèse de doctorat en Biologie évolutive
École doctorale Interdisciplinaire Européenne Frontières du Vivant

Soutenue le Thursday 27 November 2014 à Université Paris Descartes ( Paris 5 )

Sujets
  • Biologie de synthèse
  • Génome
  • Éléments génétiques mobiles

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Mots clés
Évolution de second ordre, Évolution sociale, Évolution de la coopération, Robustesse et évolvabilité, Auto-stop génétique, Biologie synthétique, Séquences d'ADN désignées par algorithmes, Chevauchement de gènes, Suppression d'évolvabilité
Resumé
Cette thèse s'intéresse aux liens entre l'évolution de la coopération et la sélection de second ordre. Dans une première partie, nous montrons comment des organismes digitaux adaptent leurs génomes pour encoder les gènes liées à la coopération d'une manière plus contrainte (suppression d'évolvabilité), notamment à l'aide d'opérons et d'overlaps impliquant aussi des gènes essentiels. Dans une deuxième partie, nous testons expérimentalement cette vision des overlaps de gènes comme "contrainte évolutive" grâce à des outils d'algorithmique et de biologie synthétique que nous avons développés. Dans une troisième partie, nous utilisons des simulations par agents pour montrer comment une forme de division du travail peut être interprétée comme un système coopératif à la lumière de la théorie évolutive moderne. Dans une dernière partie, nous montrons que la dispersion spatiale des allèles coopératives obtenue par des phénomènes de "genetic hitchiking" joue un rôle important dans l'évolution de la coopération, quand bien même ce mécanisme de dispersion s'applique aussi à des allèles non coopératives, grâce à la "relatedness" (aux loci codant pour la coopération) crée par l'invasion locale de mutations bénéfiques (à des loci non liés à la coopération) et par l'équilibre complexe entre ces mutations bénéfiques et la robustesse mutationnelle. L'ensemble de ces résultats appelle à une prise en compte plus importante des pressions sélectives de second ordre dans l'étude de l'évolution sociale, et au développement de modèles plus réalistes qui permettraient d'intégrer de telles forces évolutives. Nous insistons également sur l'importance du paysage mutationnel dans l'étude des populations bactériennes, et montrons le potentiel croissant de la biologie synthétique comme outil d'étude de ce paysage et de l'évolution microbienne en général.