Liberté de la recherche et modification du génome humain : le cas du transfert d'ooplasme

"Mémoire présenté à la faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de maîtrise en droit (LL.M.) option droit, biotechnologies et société"

Identification et caractérisation de facteurs impliqués dans la réplication et la stabilité des génomes des organelles de plantes

Comparativement au génome contenu dans le noyau de la cellule de plante, nos connaissances des génomes des deux organelles de cette cellule, soit le plastide et la mitochondrie, sont encore très limitées. En effet, un nombre très restreint de facteurs impliqués dans la réplication et la réparation de l’ADN de ces compartiments ont été identifiés à ce jour. Au cours de notre étude, nous avons démontré l’implication de la famille de protéines Whirly dans le maintien de la stabilité des génomes des organelles. Des plantes mutantes pour des gènes Whirly chez Arabidopsis thaliana et Zea mays montrent en effet une augmentation du nombre de molécules d’ADN réarrangées dans les plastides. Ces nouvelles molécules sont le résultat d’une forme de recombinaison illégitime nommée microhomology-mediated break-induced replication qui, en temps normal, se produit rarement dans le plastide. Chez un mutant d’Arabidopsis ne possédant plus de protéines Whirly dans les plastides, ces molécules d’ADN peuvent même être amplifiées jusqu’à cinquante fois par rapport au niveau de l’ADN sauvage et causer un phénotype de variégation. L’étude des mutants des gènes Whirly a mené à la mise au point d’un test de sensibilité à un antibiotique, la ciprofloxacine, qui cause des bris double brin spécifiquement au niveau de l’ADN des organelles. Le mutant d’Arabidopsis ne contenant plus de protéines Whirly dans les plastides est plus sensible à ce stress que la plante sauvage. L’agent chimique induit en effet une augmentation du nombre de réarrangements dans le génome du plastide. Bien qu’un autre mutant ne possédant plus de protéines Whirly dans les mitochondries ne soit pas plus sensible à la ciprofloxacine, on retrouve néanmoins plus de réarrangements dans son ADN mitochondrial que dans celui de la plante sauvage. Ces résultats suggèrent donc une implication pour les protéines Whirly dans la réparation des bris double brin de l’ADN des organelles de plantes. Notre étude de la stabilité des génomes des organelles a ensuite conduit à la famille des protéines homologues des polymérases de l’ADN de type I bactérienne. Plusieurs groupes ont en effet suggéré que ces enzymes étaient responsables de la synthèse de l’ADN dans les plastides et les mitochondries. Nous avons apporté la preuve génétique de ce lien grâce à des mutants des deux gènes PolI d’Arabidopsis, qui encodent des protéines hautement similaires. La mutation simultanée des deux gènes est létale et les simples mutants possèdent moins d’ADN dans les organelles des plantes en bas âge, confirmant leur implication dans la réplication de l’ADN. De plus, les mutants du gène PolIB, mais non ceux de PolIA, sont hypersensibles à la ciprofloxacine, suggérant une fonction dans la réparation des bris de l’ADN. En accord avec ce résultat, la mutation combinée du gène PolIB et des gènes des protéines Whirly du plastide produit des plantes avec un phénotype très sévère. En définitive, l’identification de deux nouveaux facteurs impliqués dans le métabolisme de l’ADN des organelles nous permet de proposer un modèle simple pour le maintien de ces deux génomes.

Reproduction et échanges génétiques horizontaux chez les champignons mycorhiziens à arbuscules

3 vidéos sont dans des fichiers complémentaires à ce mémoire

Influence des routes sur la variance du succès reproducteur des populations de tortues peintes (Chrysemys Picta)

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Phylogéographie comparée de la souris à pattes blanches et de la souris sylvestre, deux vecteurs de la maladie de Lyme au Québec

Mon étude vise à évaluer la propagation d’une zoonose en émergence au Québec, la maladie de Lyme, en conséquence du réchauffement climatique. Le pathogène responsable de cette infection, Borrelia burgdorferi, est transmis par l’intermédiaire d’une tique parasite, Ixodes scapularis, de plus en plus commune au Québec en raison de l’augmentation de la température moyenne du climat depuis les dernières décennies. Puisque la tique a une capacité de déplacement très restreinte, on s'attend à ce que sa dispersion soit liée à celle de son hôte primaire, soit la souris à pattes blanches (Peromyscus leucopus). Je décrirai donc d’abord les espèces impliquées, leur écologie et leur rôle dans ce système à trois niveaux (hôte/pathogène/vecteur). Puis, à l’aide de séquences d’ADN mitochondrial, je comparerai la phylogéographie des deux principales espèces de souris au Québec, la souris à pattes blanches et la souris sylvestre (P. maniculatus). Des analyses d’arbres et de réseaux d’haplotypes ont révélé des différences significatives dans la structure génétique et ainsi montré que les populations de P. leucopus seraient en expansion dans le sud du Québec. Cette étude nous a finalement permis d’émettre des hypothèses sur le patron d’établissement de la maladie de Lyme au Québec.

Estudio de las variaciones espaciales y temporales de la diversidad genética de la trucha común, Salmo trutta, en ríos de la Península Ibérica

Se ha analizado las causas de la distribución espacial de la variabilidad genética del ADN mitocondrial en poblaciones de trucha común de la cuenca del Duero y de los Pirineos Orientales. En total se han analizado de novo 49 localidades, 13 en la cuenca del río Duero y 36 en los principales ríos del Pirineo oriental. Además se analizaron las fluctuaciones temporales en 14 de las localidades del Pirineo Oriental. Estudios previos indican un marcado contraste de los patrones de diversidad entre ambos territorios. En la cuenca del río Duero los análisis confirmaron la presencia de los dos linajes matriarcales descritos previamente, el linaje Atlántico (AT) y el linaje Duero (DU). Los análisis de la varianza molecular (AMOVA) siguiendo una jerarquía hidrográfica sugirieron una alta estructuración de las poblaciones coincidente con los patrones ictiológicos observados en la cuenca. El linaje DU parece haber estado presente permanentemente en la cuenca interior del Duero, mientras que las zonas más próximas a la desembocadura han padecido diversas colonizaciones de trucha del linaje AT, que reflejarían los cambios climáticos ocurridos en el Cuaternario. Se ha detectado una discrepancia en el límite entre ambos grupos definidos por genes nucleares (alozimas) y el ADN mitocondrial. Estas discrepancias pueden ser debidas a un efecto más severo de la deriva genética en el ADN mitocondrial que en los marcadores nucleares. Sin embargo, en este trabajo se han observado evidencias a favor de selección en el ADN mitocondrial del linaje DU que también explicaría estas discrepancias. El análisis más exhaustivo en las cuencas de los Pirineos orientales, permitió detectar nuevos haplotipos mitocondriales de los linajes Adriático (AD) y Mediterráneo (ME). En esta región, los AMOVAs confirmaron que las diferencias entre poblaciones dentro de río son más importantes que las diferencias entre ríos. No obstante se observó un patrón de aislamiento por distancia en toda la zona, reflejo de la estructuración de las poblaciones en la cuenca del río Ebro. Además, aunque los AMOVAs mostraron que el componente temporal de la variación es inferior al espacial, las fluctuaciones temporales en la comparación matriarcal de las poblaciones resultaron estadísticamente significativas. Estas fluctuaciones están asociadas tanto a la deriva genética como a procesos de flujo génico entre poblaciones próximas. Dentro de las cuencas, los componentes de diferenciación entre afluentes son, en general, superiores a los obtenidos dentro de cada afluente, patrón que parece estar extendido en la trucha común. Los estudios a escala microgeográfica en la Noguera Vallferrera y Noguera Cardós (afluentes del Noguera Pallaresa) reprodujeron este patrón de diferenciación. Los tamaños efectivos y la tasa de migración entre ambos ríos fueron similares a los descritos en poblaciones noratlánticas. Los tamaños efectivos de las hembras (Nef), calculados a partir del ADN mitocondrial fueron menos de la mitad del tamaño efectivo total tanto en la Noguera Vallferrera como en el resto de localidades pirenaicas estudiadas. Estos bajos tamaños efectivos de las hembras serían también responsables de las fluctuaciones temporales observadas. Los ejemplares repoblados parecen hibridar poco con los nativos, pero su presencia podría intensificar indirectamente los procesos de deriva genética y complicar la conservación de los patrimonios genéticos nativos. Con la salvedad de la existencia de selección que favorece a los haplotipos del linaje DU, los procesos poblacionales que regulan la distribución de la variabilidad genética en la cuenca del Duero y en los Pirineos Orientales podrían ser parecidos y caracterizados por la existencia de múltiples demes interconectados a lo largo del curso fluvial.

Els límits i les relacions entre els peixos acanthopterygii: filogènia molecular de mugilomorpha i atherinomorpha

Sovint, la sistemàtica, basada principalment en caràcters morfològics, no es correspon amb els processos evolutius relacionats amb l'aparició dels grups d'organismes. En l'actualitat, la utilització de les dades moleculars es fa indispensable per a una revisió i millora de la classificació biològica de diversos organismes, com els peixos Acanthopterygii. A la sèrie Mugilomorpha la incongruència entre la taxonomia i la filogènia sorgeix de l'elevada semblança morfològica trobada per part dels seus membres. Pel que fa referència a la sèrie Atherinomorpha, la problemàtica principal resideix en determinar la seva proximitat evolutiva respecte a la sèrie anterior i en establir les relacions filogenètiques dins de la mateixa. Per tant, s'hi ha volgut estimar tant la divergència genètica dins de cada sèrie com inferir les relacions filogenètiques entre ambdues mitjançant la seqüenciació directa del DNA de les regions mitocondrials corresponents al tRNA-Phe, 12S rRNA, COI, cytb, tRNA-Thr, tRNA-Pro i regió control.

Inbreeding depression and founder diversity among captive and free-living populations of the endangered pink pigeon Columba mayeri

The endemic pink pigeon has recovered from less than 20 birds in the mid-1970s to 355 free-living individuals in 2003. A major concern for the species' recovery has been the potential genetic problem of inbreeding. Captive pink pigeons bred for reintroduction were managed to maximise founder representation and minimise inbreeding. In this paper, we quantify the effect of inbreeding on survival and reproductive parameters in captive and wild populations and quantify DNA sequence variation in the mitochondrial d-loop region for pink pigeon founders. Inbreeding affected egg fertility, squab, juvenile and adult survival, but effects were strongest in highly inbred birds (F≥0.25). Inbreeding depression was more apparent in free-living birds where even moderate levels of inbreeding affected survival, although highly inbred birds were equally compromised in both captive and wild populations. Mitochondrial DNA haplotypic diversity in pink pigeon founders is low, suggesting that background inbreeding is contributing to low fertility and depressed productivity in this species, as well as comparable survival of some groups of non-inbred and nominally inbred birds. Management of wild populations has boosted population growth and may be required long-term to offset the negative effects of inbreeding depression and enhance the species' survival.

Lack of myostatin results in excessive muscle growth but impaired force generation

The lack of myostatin promotes growth of skeletal muscle, and blockade of its activity has been proposed as a treatment for various muscle-wasting disorders. Here, we have examined two independent mouse lines that harbor mutations in the myostatin gene, constitutive null (Mstn(-/-)) and compact (Berlin High Line, BEH(c/c)). We report that, despite a larger muscle mass relative to age-matched wild types, there was no increase in maximum tetanic force generation, but that when expressed as a function of muscle size (specific force), muscles of myostatin-deficient mice were weaker than wild-type muscles. In addition, Mstn(-/-) muscle contracted and relaxed faster during a single twitch and had a marked increase in the number of type IIb fibers relative to wild-type controls. This change was also accompanied by a significant increase in type IIB fibers containing tubular aggregates. Moreover, the ratio of mitochondrial DNA to nuclear DNA and mitochondria number were decreased in myostatin-deficient muscle, suggesting a mitochondrial depletion. Overall, our results suggest that lack of myostatin compromises force production in association with loss of oxidative characteristics of skeletal muscle.

Temporal genetic variation of the red fox, Vulpes vulpes, across western Europe and the British Isles

Quaternary climatic fluctuations have had profound effects on the phylogeographic structure of many species. Classically, species were thought to have become isolated in peninsular refugia, but there is limited evidence that large, non-polar species survived outside traditional refugial areas. We examined the phylogeographic structure of the red fox (Vulpes vulpes), a species that shows high ecological adaptability in the western Palaearctic region. We compared mitochondrial DNA sequences (cytochrome b and control region) from 399 modern and 31 ancient individuals from across Europe. Our objective was to test whether red foxes colonised the British Isles from mainland Europe in the late Pleistocene, or whether there is evidence that they persisted in the region through the Last Glacial Maximum. We found red foxes to show a high degree of phylogeographic structuring across Europe and, consistent with palaeontological and ancient DNA evidence, confirmed via phylogenetic indicators that red foxes were persistent in areas outside peninsular refugia during the last ice age. Bayesian analyses and tests of neutrality indicated population expansion. We conclude that there is evidence that red foxes from the British Isles derived from central European populations that became isolated after the closure of the landbridge with Europe.

Forest-obligate Sabethes mosquitoes suggest palaeoecological perturbations

The origin of tropical forest diversity has been hotly debated for decades. Although specific mechanisms vary, many such explanations propose some vicariance in the distribution of species during glacial cycles and several have been supported by genetic evidence in Neotropical taxa. However, no consensus exists with regard to the extent or time frame of the vicariance events. Here, we analyse the cytochrome oxidase II mitochondrial gene of 250 Sabethes albiprivus B mosquitoes sampled from western Sao Paulo in Brazil. There was very low population structuring among collection sites (Phi(ST) = 0.03, P = 0.04). Historic demographic analyses and the contemporary geographic distribution of genetic diversity suggest that the populations sampled are not at demographic equilibrium. Three distinct mitochondrial clades were observed in the samples, one of which differed significantly in its geographic distribution relative to the other two within a small sampling area (similar to 70 x 35 km). This fact, supported by the inability of maximum likelihood analyses to achieve adequate fits to simple models for the population demography of the species, suggests a more complex history, possibly involving disjunct forest refugia. This hypothesis is supported by a genetic signal of recent population growth, which is expected if population sizes of this forest-obligate insect increased during the forest expansions that followed glacial periods. Although a time frame cannot be reliably inferred for the vicariance event leading to the three genetic clades, molecular clock estimates place this at similar to 1 Myr before present.

Viable Calves Produced by Somatic Cell Nuclear Transfer Using Meiotic-Blocked Oocytes

Somatic cell nuclear transfer (SCNT) has had an enormous impact on our understanding of biology and remains a unique tool for multiplying valuable laboratory and domestic animals. However, the complexity of the procedure and its poor efficiency are factors that limit a wider application of SCNT. In this context, oocyte meiotic arrest is an important option to make SCNT more flexible and increase the number of cloned embryos produced. Herein, we show that the use of butyrolactone I in association with brain-derived neurotrophic factor (BDNF) to arrest the meiotic division for 24 h prior to in vitro maturation provides bovine (Bos indicus) oocytes capable of supporting development of blastocysts and full-term cloned calves at least as efficiently as nonarrested oocytes. Furthermore, the procedure resulted in cloned blastocysts with an 1.5- and twofold increase of POU5F1 and IFNT2 expression, respectively, which are well-known markers of embryonic viability. Mitochondrial DNA (mtDNA) copy number was diminished by prematuration in immature oocytes (718,585 +/- 34,775 vs. 595,579 +/- 31,922, respectively, control and treated groups) but was unchanged in mature oocytes (522,179 +/- 45,617 vs. 498,771 +/- 33,231) and blastocysts (816,627 +/- 40,235 vs. 765,332 +/- 51,104). To our knowledge, this is the first report of cloned offspring born to prematured oocytes, indicating that meiotic arrest could have significant implications for laboratories working with SCNT and in vitro embryo production.

A molecular phylogeny of the stingless bee genus Melipona (Hymenoptera: Apidae)

Stingless bees (Meliponini) constitute a diverse group of highly eusocial insects that occur throughout tropical regions around the world. The meliponine genus Melipona is restricted to the New World tropics and has over 50 described species. Melipona, like Apis, possesses the remarkable ability to use representational communication to indicate the location of foraging patches. Although Melipona has been the subject of numerous behavioral, ecological, and genetic studies, the evolutionary history of this genus remains largely unexplored. Here, we implement a multigene phylogenetic approach based on nuclear, mitochondrial, and ribosomal loci, coupled with molecular clock methods, to elucidate the phylogenetic relationships and antiquity of subgenera and species of Melipona. Our phylogenetic analysis resolves the relationship among subgenera and tends to agree with morphology-based classification hypotheses. Our molecular clock analysis indicates that the genus Melipona shared a most recent common ancestor at least similar to 14-17 million years (My) ago. These results provide the groundwork for future comparative analyses aimed at understanding the evolution of complex communication mechanisms in eusocial Apidae. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Population structure of the migratory fish Prochilodus lineatus (Characiformes) from rio Grande basin (Brazil), an area fragmented by dams

1. Prochilodus lineatus (Prochilodontidae, Characiformes) is a migratory species of great economic importance both in fisheries and aquaculture that is found throughout the Jacui, Paraiba do Sul, Parana, Paraguay and Uruguay river basins in South America. Earlier population studies of P. lineatus in the rio Grande basin (Parana basin) indicated the existence of a single population; however, the range of this species has been fragmented by the construction of several dams. Such dams modified the environmental conditions and could have constrained the reproductive migration of P. lineatus, possibly leading to changes in the population genetic structure. 2. In order to evaluate how genetic diversity is allocated in the rio Grande basin, 141 specimens of P. lineatus from eight collection sites were analysed using polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) with 15 restriction enzymes. 3. Forty-six haplotypes were detected, and 70% of them are restricted. The mean genetic variability indexes (h = 0.7721 and pi = 1.6%) were similar to those found in natural populations with a large effective size. Fst and Exact Test values indicated a lack of structuring among the samples, and the model of isolation by distance was tested and rejected. 4. The haplotype network indicated that this population of P. lineatus has been maintained as a single variable stock with some differences in the genetic composition (haplotypes) between samples. Indications of population expansion were detected, and this finding was supported by neutrality tests and mismatch distribution analyses. 5. The present study focused on regions between dams to serve as a parameter for further evaluations of genetic variability and the putative impact of dams and repopulation programmes in natural populations of P. lineatus. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.