EEG@Lyon

Préambule : Cette UE fait appel à des notions et concepts complexes qui nécessitent un investissement des étudiant.e.s dans la lecture d’articles scientifiques pour poursuivre la réflexion initiée par les intervenant.e.s. Il est conseillé aux étudiant.e.s de demander aux responsables des thèmes les lectures les plus appropriées pour chaque thème.

Objectifs généraux :

Les étudiant.e.s seront confronté.e.s, au cours de 4 cycles de conférences à des approches trans- et inter-disciplinaires sur des questions majeures et actuelles en écologie, évolution et génomique. Lors des conférences seront présentées comment, dans un même cadre conceptuel, la prise en compte de différents niveaux d’organisations, de diverses approches (disciplinaires et méthodologiques) augmente notre compréhension du vivant et font émerger des axes de recherche pour le futur.

Organisation de l’UE :

Thème 1 : Epistémologie dans les sciences de l’évolution (8h)

Ce thème vise à développer une culture générale et une vision critique sur les pratiques scientifiques, notamment dans le domaine des sciences de l’évolution. Les enseignements seront assurés par Fabienne Paulin (didacticienne, S2HEP, Lyon1) et Sylvain Charlat (biologiste de l’évolution, LBBE, Lyon1). Les interventions porteront à la fois sur une synthèse des théories et concepts majeurs de l’épistémologie, et sur leurs articulations spécifiques avec la théorie de l’évolution. Trois livres, entre autres, peuvent permettre d’approfondir ce cours : « What is this thing called science? » de Chalmers (également disponible en français), « De la vérité dans les sciences » de Barrau et « Epistémologie de la biologie » de Dupouey.

Thème 2 : Approche intégrative du processus de sénescence

Les probabilités de survivre et de se reproduire des individus déclinent au cours de la vie. Ce processus de sénescence, bien que quasi-universel dans le vivant, n’en demeure pas moins extrêmement variable, que ce soit entre les espèces, les populations ou les individus. L’étude de la sénescence nécessite aujourd’hui une approche intégrée ayant pour objectifs de quantifier cette variabilité à différentes échelles taxonomiques, de déterminer ses causes évolutives et ses conséquences (notamment en termes de santé publique et de démographie), et d’identifier les mécanismes physiologiques et génétiques qui régissent la diversité des trajectoires observées dans la nature. Quatre interventions de 2h chacune illustreront l’importance de l’interdisciplinarité dans l’étude de la sénescence :

– Théories évolutives de la sénescence (Jean-François Lemaitre, LBBE) – Modélisation de la sénescence (Jean-Michel Gaillard, LBBE) – Mécanismes génétiques et physiologiques de la sénescence en milieu naturel (Yann Voituron, LEHNA) – Approches évolutionnistes des maladies de la sénescence (Dominique Pontier, LBBE)

Thème 3 : Biodémographie évolutive

Comprendre comment les changements globaux influencent les populations sauvages nécessite une approche reliant dynamiques évolutives et dynamiques démographiques. Le volet « Biodémographie Evolutive » vise à introduire les concepts et les outils méthodologiques relatifs à l’étude de ces dynamiques éco-évolutives dans les populations naturelles. Ce volet se compose d’interventions (Jean-Michel Gaillard et Marlène Gamelon, CNRS, LBBE) et de présentations réalisées par les étudiant.e.s de quelques-uns des articles scientifiques fondateurs de cette discipline.

Thème 4 : Plasticité Phénotypique, Evolution et Épigénétique

La plasticité phénotypique est définie comme la capacité d’un génotype à produire différents phénotypes en fonction des conditions environnementales. Si l’importance de la plasticité phénotypique comme source de variabilité phénotypique est indéniable, des interrogations persistent sur l’importance de la plasticité phénotypique dans les processus évolutifs. L’objectif de cette UE sera donc de clarifier la notion de plasticité phénotypique, son évolution, son rôle évolutif ainsi que les mécanismes génétiques et épigénétiques sous-jacents.

Comprendre comment la sélection écologique génère des changements dans les traits phénotypiques est un objectif majeur de la biologie de l’évolution. Ces changements sont le résultat de facteurs externes (par exemple, des changements dans les conditions environnementales) et de facteurs internes (par exemple, les changements dans les corrélations génétiques ou l’architecture génétique sous-jacente aux traits phénotypiques).

Dans ce contexte, seront abordés dans cette UE les concepts qui sous-tendent les trajectoires évolutives à différents niveaux d’organisation du vivant ainsi que les méthodes permettant d’analyser et de prédire ces trajectoires :

1. Architecture génétique et génomique et trajectoire évolutive

2. Plasticité phénotypique transgénérationnelle

3. Early life conditions et leurs conséquences, personnalité animale

4. Adaptation locale sous différents régimes de sélection

5. Modélisation : dynamique adaptative

La biologie évolutive et l’écologie partagent les mêmes objectifs : décrire la variabilité observable dans les systèmes naturels et en comprendre les facteurs explicatifs. Dans ce contexte, tous acquièrent des données, expérimentales ou in situ.Partant de cas concrets et à l’aide du logiciel R, l’objectif de cet enseignement est de montrer comment la statistique s’implique dans la recherche d’une information structurant les données. Les thèmes abordés :

• Modèles descriptifs permettant de croiser deux tableaux de données contenant des informations de nature différente (e.g., ACP inter et intra-classe, analyse canonique des redondances, analyse de coinertie, classification),

• Utilisation de modèles probabilistes pour analyser des jeux de données à échelles de variation multiple (e.g., modèle linéaire mixte, modèle linéaire généralisé mixte),

• Utilisation de critères d’information pour sélection un ensemble de covariables explicatives.

Génomique comparative, évolution des séquences codantes et non codantes Relation Genotype/Phénotype/Environnement Epigénomique populationnelle et hérédité non génétique, étude de cas avec des données ChiPseq, epiRIL Evolution des systèmes de reproduction Etude des pangénomes, core genome

L’enseignement est dispensé par le Service Commun d’Enseignement des Langues de Lyon 1 en vue de l’obtention du niveau B1 (http://scel.univ-lyon1.fr). L’objectif est de maîtriser la réaction scientifique d’un résumé et d’un article scientifique, la construction d’un poster scientifique pour communiquer des résultats scientifiques.

Le parcours du master a été sélectionné pour que les étudiants accèdent à un niveau de certification plus élevé. Ce dispositif va se mettre en place dans les mois à venir.

Le projet tuteuré prépare à l’insertion en milieu professionnel (ex. recherche académique/finalisée, entreprises). Ce projet correspond au sujet de stage (qui peut être proposé par l’équipe pédagogique, par un organisme d’accueil ou par l’étudiant après concertation avec un organisme d’accueil). Le projet comprend une initiation à la recherche bibliographique et l’appropriation des concepts et outils nécessaires à la réalisation du stage de recherche. Le travail fait l’objet d’un compte rendu écrit (poster) et donne lieu à une présentation orale.

• Gestion de projet et recherche bibliographique,

• Encadrement tutoré.

Pour plus d’informations, rendez-vous ici.

Responsable : Laurence Mouton

L’objectif est la compréhension des mécanismes impliqués dans la dynamique de la biodiversité aux différentes échelles spatiales, ainsi que le rôle de la biodiversité dans le fonctionnement des écosystèmes. Les 2 points suivants seront abordés (CM 18h) :

• Biodiversité

  • Mesure et analyse de la biodiversité aux différents niveaux hiérarchiques (du gène à la communauté),

  • Différentes échelles spatiales de la biodiversité : gradients latitudinaux et altitudinaux, taille de niche,

  • Liens entre biodiversité, perturbations et dynamique des écosystèmes,

  • Impact des changements climatiques et conséquences des invasions biologiques.

• Fonctionnement des écosystèmes

  • Rôle de la biodiversité dans les cycles des éléments et les flux de matière : organismes ingénieurs, construction de niche,

  • Groupes fonctionnels,

  • Interactions trophiques : cascades trophiques, régulation des ressources par les consommateurs (« top-down »), rétroactions des ressources sur les consommateurs (« bottom-up »),

  • Traits fonctionnels dans les communautés.

Objectif :

Initier les étudiants à l’inférence bayésienne, ainsi qu’aux outils techniques nécessaires à son implémentation. A l’issue de ce module, l’étudiant sera capable de comprendre et d’expliciter les différences entre l’inférence bayésienne et l’inférence fréquentiste, ainsi que les forces et limites de chacune, d’interpréter l’estimation des paramètres d’un modèle dans un cadre bayésien et de valider ce modèle.

Programme :

Théorie de l’inférence bayésienne :

• Principe de l’inférence bayésienne

• Méthode de l’inférence bayésienne : solution explicite, algorithmes MCMC (Metropolis-Hastings et Gibbs sampling)

• Choix des lois à priori

• Estimation des paramètres d’un modèle

• Validation et comparaison de modèles

Chacune des parties sera illustrée par des applications concrètes.

Mise en œuvre avec les outils de type « BUGS » :

• Formalisation d’un modèle sous la forme d’un graphe acrylique dirigé

• Introduction aux outils de type « BUGS »

• Prise en main du logiciel JAGS à partir d’exemples simples

Ce module combine des cours théoriques, pendant lesquels seront présentés les concepts généraux de la phylogénie moléculaire (comment reconstruire les phylogénies; comment les utiliser pour comprendre les processus d’évolution des séquences génétiques; quelles utilisations en sont faites aujourd’hui en bioinformatique et plus généralement en biologie) et des travaux pratiques utilisant un logiciel spécialement dédié à la phylogénie moléculaire, RevBayes (revbayes.github.io), permettant de construire des modèles statistiques variés et de les appliquer à des données moléculaires réelles. À l’issue de ce module, l’étudiant.e aura acquis les connaissances et compétences de base pour reconstruire des phylogénies et comprendre le sens et les propriétés des méthodes statistiques qui sont employées dans ce domaine fondamental de la bioinformatique.

1/ Évolution moléculaire

– Introduction : l’évolution moléculaire avant et après la révolution génomique

– Avancées actuelles en évolution moléculaire : quelques exemples approfondis

– Évolution de la taille des génomes et écologie des organismes

– Les éléments transposables et leur impact sur le génome

– Origine et évolution des chromosomes sexuels des animaux et des plantes

– Variation de la composition en base génomes

2/ Phylogénie

– Alignement : revue des différentes méthodes d’alignement de séquences

– Distance : Méthodes d’estimation des distances évolutives (modèle markovien, modèle spécifique)

– Phylogénie : Méthodes de reconstruction phylogénétique en insistant sur le maximum de vraisemblance, les méthodes bayésiennes et l’évaluation de la fiabilité des arbres

– Discussion des biais dans les reconstructions en fonction des modèles évolutifs utilisés

3/ Travaux Pratiques

– simulation et inférence phylogénétique

– exploration de différents modèles d’évolution des séquences d’ADN

– modéliser les variations de vitesse d’évolution entre gènes, entre sites.

– les modèles phylogénétiques à codons

– datation moléculaire

4/ Mini-projets individuels: dans la continuité des travaux pratiques