A Genome-Wide Evolutionary Simulation of the Transcription-Supercoiling Coupling

Autor: Sam Meyer, Théotime Grohens, Guillaume Beslon
Přispěvatelé: Artificial Evolution and Computational Biology (BEAGLE), Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Chromatine et Régulation de la Pathogénie bactérienne (CRP), Microbiologie, adaptation et pathogénie (MAP), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Lyon, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: ALIFE 2021: The 2021 Conference on Artificial Life
ALIFE 2021-Conference on Artificial Life
ALIFE 2021-Conference on Artificial Life, Jul 2021, Prague, Czech Republic
ALIFE 2021: The 2021 Conference on Artificial Life, Jul 2021, Prague, Czech Republic
Artificial Life
Artificial Life, 2022, ⟨10.1162/artl_a_00373⟩
HAL
ISSN: 1530-9185
1064-5462
DOI: 10.1162/artl_a_00373
Popis: DNA supercoiling, the level of under- or overwinding of the DNA polymer around itself, is widely recognized as an ancestral regulation mechanism of gene expression in bacteria. Higher levels of negative supercoiling facilitate the opening of the DNA double helix at gene promoters and thereby increase gene transcription rates. Different levels of supercoiling have been measured in bacteria exposed to different environments, leading to the hypothesis that variations in supercoiling could be a response to changes in the environment. Moreover, DNA transcription has been shown to generate local variations in the supercoiling level and, therefore, to impact the transcription rate of neighboring genes. In this work, we study the coupled dynamics of DNA supercoiling and transcription at the genome scale. We implement a genome-wide model of gene expression based on the transcription-supercoiling coupling. We show that, in this model, a simple change in global DNA supercoiling is sufficient to trigger differentiated responses in gene expression levels via the transcription-supercoiling coupling. Then, studying our model in the light of evolution, we demonstrate that this non-linear response to different environments, mediated by the transcription-supercoiling coupling, can serve as the basis for the evolution of specialized phenotypes.
Databáze: OpenAIRE
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