Laboratoire de l'évolution naturelle & artificielle

Directeur du laboratoire

Michelmilinkovitch
Pr. Michel Milinkovitch
  • Professeur(e) ordinaire

www.lanevol.org
022 379 33 38
4024b (Sciences III)
4, Bvd d'Yvoy
CH-1205 Genève
Suisse

Thèmes de recherches

Introduction

L’évolution est un paradigme unificateur dont les implications sont importantes dans pratiquement tous les domaines de la biologie. En effet, tous les caractères étudiés en biologie, des traits morphologiques ou comportementaux aux mécanismes de l’immunité ou de l’expression des gènes, sont les produits de l’évolution biologique. Les concepts évolutifs ne sont pas seulement pertinents vis-à-vis de la diversité de leurs applications dans de nombreuses disciplines, mais aussi vis-à-vis de l’extraordinaire diversité des êtres vivants: des clones naturels/artificiels aux phylums majeurs constitués d’environ 50 millions d’espèces actuelles, tous les êtres vivants sont connectés via des généalogies et l’arbre phylogénétique de la vie.

L'essentiel des activités du laboratoire de Michel Milinkovitch tourne maintenant autour de la Génétique Evolutive du Développement (EvoDevo) et de l'Evolution Artificielle bien que nous continuions à travailler aussi sur des sujets relatifs à la Génétique de la Conservation, à  la Phylogénie Moléculaire, et à la Bioinformatique.

Vous trouverez ci-dessous une description courte et générale de nos projets de recherche. De nombreuses informations supplémentaires sont disponibles sur le site de mon laboratoire.

Génétique Evolutive du Développement (Evo-Devo)

La Biologie Moléculaire du Développement et la Génétique Moléculaire de l’Evolution ont généré des découvertes très importantes ces 20 dernières années, mais, bizarrement, sont restées distinctes malgré le lien conceptuel évident qui lie ces deux disciplines. En effet, d’un côté, les biologistes moléculaires du développement se sont focalisés sur l’utilisation d’une poignée d’organismes modèles pour identifier les processus fascinants par lesquels les cellules se différencient et les tissus, organes, et organismes croissent et se développent. D’un autre côté, les généticiens moléculaires de l’évolution ont analysé les modes et vitesses d’évolution des séquences protéiques et d’ADN dans une multitude d’organismes (des virus aux vertébrés), et développé les techniques de laboratoire et les méthodes analytiques permettant aujourd’hui de reconstruire des phylogénies ainsi que l’histoire et les structures des populations, découvrir la biodiversité cryptique, détecter les signatures de sélection naturelle, mais aussi les patterns de variations stochastiques dans les populations naturelles et artificielles.

the_crocEtant donné qu’une grande proportion des mécanismes évolutifs, essentiellement ceux liés à la sélection naturelle, agissent sur les phénotypes qui sont générés par le développement, (c.à.d., l’information génétique et les paramètres épigénetiques sont traduits en phénotypes durant le développement), il n’a été réalisé que dans les années 1990’s que notre compréhension, à la fois de l’évolution et du développement, bénéficieraient grandement de la fusion partielle de ces deux approches en une nouvelle discipline appelée aujourd’hui Biologie Evolutive du Développement (Evo-Devo).

La définition la plus importante de la discipline EvoDevo est qu’elle traite spécifiquement des mécanismes générateurs aboutissant à l’évolution des formes de vie, aussi bien à des échelles de temps courtes que longues. La découverte de ces mécanismes nécessitera de nombreux et nouveaux organismes modèles. Les études Evo-Devo sont, par essence, hautement multidisciplinaires et intégratives puisqu’elles nécessitent l’investigation, dans diverses lignées évolutives, de caractères morphologiques/ physiologiques, ainsi que des déterminisme moléculaire sous-jacent.

Actuellement, nos intérêts majeurs en Evo-Devo sont: l’identification des mécanismes moléculaires à l’origine (i) des nouveautés évolutives et (ii) des convergences phénotypiques. De nombreuses informations supplémentaires sont disponibles sur le site du laboratoire de Michel Milinkovitch.

Génétique de la Conservation, Génétique des Populations, et phylogéographie

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Il est indéniable que les changements environnementaux, y compris ceux générés par les activités humaines, ont un impact majeur sur la biodiversité des écosystèmes.  Nous utilisons une banque d’échantillons exceptionnelle, divers marqueurs moléculaires (dont des microsatellites et des SNPs), et les dernières méthodes analytiques pour décrire les variations de stratification et de niveaux de diversité génétique générées par les paramètres d’histoire naturelle (par ex., les systèmes sociaux), génétiques (par ex., ADN mitochondrial vs. nucléaire), mais aussi historiques (par ex., changements environnementaux et exploitation par l’homme). Les lignées généalogiques intra-spécifiques sont analysées au moyen de méthodes phylogénetiques et de réseau, et leur diversité est comparée à leur distribution géographique (= phylogéographie). Etant donné leur nature prédictive, les résultats de ces études peuvent contribuer de manière significative, entre autres, aux décisions de politique environnementale. Plusieurs de nos analyses ont abouti à des recommandations pratiques pour la gestion de populations naturelles ou captives (par ex., des dauphins Sud-Américains, les tortues Géantes des Galápagos, le boa de la Jamaïque).

Phylogénie Expérimentale et Théorique

Notre contribution au domaine de la phylogénie moléculaire a porté sur l’utilisation de séquences d’ADN et de protéines, ainsi que d’événements d’insertions de SINEs (“Short Interspersed Nuclear Elements”), pour l’identification du mode et des patterns d’évolution de caractères morphologiques, physiologiques, biogeographiques, écologiques, moléculaires, et épidémiologiques dans des groupes taxonomiques aussi divers que les virus HIV (épidémiologie moléculaire), les coléoptères chrysomélidés, les amphibiens, et les cétacés.

piga.png_s200Nous avons également développé de nouvelles heuristiques pour l’alignement multiple de séquences moléculaires et pour l’inférence phylogénétique. En effet, ces inférences basées sur un critère d’optimalité (par ex., le Maximum de Vraisemblance) est une tâche notoirement difficile car le nombre de solutions augmente de manière explosive (factoriellement) avec le nombre de taxa (séquences). Etant donné le grand nombre de nouvelles questions en biologie évolutive qui pourraient être analysées au moyen d’un échantillonnage augmenté des séquences et taxa, la plupart des chercheurs ont abandonné la quête de l’alignement ou de l’arbre évolutif optimal absolu, et préfèrent la capacité d’analyser de grands jeux de données en des temps de calcul praticables, du moment que ces méthodes génèrent des solutions proches de l’optimal avec hautes probabilités. En réponse à cette tendance, un partie majeure de la recherche actuelle en “phyloinformatique” se concentre sur le développement d’approches heuristiques plus efficaces. Notre méthode d’alignement multiple (implémentée dans le programme ProAlign 1.0 et disponible ici) apporte une solution efficace grâce à la combinaison d’un modèle caché de Markov (“Hidden Markov model”; HMM), un algorithme progressif d’alignement, et d’un modèle probabiliste de substitution. Nous ne prévoyons pas de continuer le développement de méthodes d’alignement dans un futur proche. Par contre, nous continuons de développer des méthodes pour l’inférence phylogénétique, telle que l’“Algorithme Génétique Métapopulationnel” [MetaGA; PNAS, 99: 10516-10521 (2002)] que nous avons récemment implémenté dans la version 2 du logiciel MetaPIGA.

Sélection de publications récentes

  • Brykczynska U., Tzika A.C., Rodriguez I. & M. C. Milinkovitch.
    Contrasted evolution of the vomeronasal receptor repertoires in Mammals and Squamate reptiles.
    Genome Biol Evol. 5(2):389-401 (2013)
  • Milinkovitch M.C., Manukyan L., Debry A., Di-Poï N., Martin S., Singh D., Lambert D., Zwicker M.
    Crocodile Head Scales Are Not Developmental Units But Emerge from Physical Cracking.
    Science 339, 78-81 (2013)
  • Milinkovitch  et al.
    Recovery of a nearly extinct Galápagos tortoise despite minimal genetic variation.
    Evolutionary Applications 6, 377–383 (2013)
  • Tzika A.C., Helaers R., Schramm G. & M. C. Milinkovitch.
    Reptilian-transcriptome v1.0, a glimpse in the brain transcriptome of five divergent Sauropsida lineages and the phylogenetic position of turtles.
    EvoDevo 2011, 2: 19
  • Tiedemann R., Paulus K.B., Havenstein K., Thorstensen S., Petersen A., Lyngs P. & M. C. Milinkovitch.
    Alien eggs in duck nests: brood parasitism or a help from Grandma?
    Molecular Ecology 20, 3237–3250 (2011)
  • Milinkovitch, Helaers, Depiereux, Tzika & Gabaldon.
    2X genomes - depth does matter
.
    Genome Biology, 11 (2): R16 (2010)
  • Helaers & Milinkovitch
.
    MetaPIGA v2.0: maximum likelihood large phylogeny estimation using the metapopulation genetic algorithm and other stochastic heuristics.
    BMC Bioinformatics, 11:379 (2010)
  • Di-Poï, Montoya-Burgos, Miller, Pourquié, Milinkovitch & Duboule
.
    Changes in Hox genes’ structure and function during the evolution of the squamate body plan.
    Nature, 464: 99-103 (2010)
  • Tzika, Helaers, Van de Peer & Milinkovitch.
    MANTiS: a phylogenetic framework for multi-species genome comparisons.
    Bioinformatics, 24 (2):151-157 (2008)
  • Milinkovitch & Tzika.
    Escaping the Mouse Trap; the Selection of New Evo-Devo Model Species.
    Journal of Experimental Zoology (Mol. Dev. Evol.) 308B: 337–346 (2007)
  • Bossuyt, Meegaskumbura, Beenaerts, Gower, Pethiyagoda, Roelants, Mannaert, Wilkinson, Bahir, Manamendra-Arachchi, Ng, Schneider, Oommen & Milinkovitch.
    Local Endemism Within the Western Ghats-Sri Lanka Biodiversity Hotspot
.
    Science, 306: 479-481 (2004)
  • Löytynoja & Milinkovitch.
    A hidden Markov model for progressive multiple alignment.
    Bioinformatics, 19: 1505–1513 (2003)
  • Lemmon & Milinkovitch.
    The metapopulation genetic algorithm: an efficient solution for the problem of large phylogeny estimation.
    PNAS, 99: 10516-10521 (2002)
  • Bossuyt & Milinkovitch.
    Amphibians as Indicators of Early Tertiary 'Out-of-India' Dispersal of Vertebrates.
    Science 292: 93-95 (2001)
  • Cassens, Vicario, Waddell, Balchowsky, Van Belle, Wang Ding, Chen Fan, Lal Mohan, Simões-Lopes, Bastida, Meyer, Stanhope & Milinkovitch.
    Independent Adaptation to Riverine Habitats Allowed Survival of Ancient
 Cetacean Lineages.
    PNAS (Proc. National Academy of Sciences, USA), 97: 11343-11347 (2000)

Equipe actuelle

Img_0225
Dr Nicolas Di-Poï
  • Postdoc

+41 22 379 36 40
4023B (Sciences III)
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Dr Siouzanna Saenko
  • Postdoc

+41 22 379 30 59
4023B (Sciences III)
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Dr Athanasia Tzika
  • Postdoc

022 379 67 75
4023B (Sciences III)
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M. Michel Bessant
  • Etudiant(e) en thèse

+41 22 379 36 32
4024a (Sciences III)
Dorde-grbic
M. Đorđe Grbić
  • Etudiant(e) en thèse

+41 22 379 67 78
4024a (Sciences III)
Lianamanukyan
Mme Liana Manukyan
  • Etudiant(e) en thèse

+41 22 379 31 06
4024a (Sciences III)
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Mme Sophie Anne Montandon
  • Etudiant(e) en thèse

+41 22 37 96779
4071b (Sciences III)
Nadezhdaguevara
Mme Nadezhda Guevara delgadillo
  • Etudiant(e) en master

+41 22 379 30 59
4024a (Sciences III)
Asierullateagote
M. Asier Ullate agote
  • Etudiant(e) en master

022 379 67 75
4023B (Sciences III)
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M. Adrien Debry
  • Assistant(e) de recherche

+41 22 379 69 02
4013a (Sciences III)
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Mme Rosa Afonso
  • Animalier/ère

+41 22 379 35 77
2S005A (Sciences III)
Colinvion
M. Colin Vion
  • Assistant technique

+41 22 379 30 22
4013a (Sciences III)
Matthey
Mme Corinne Matthey-Ebener
  • Secrétaire

+41 22 379 67 85
4002a (Sciences III)

Publications

Evol Appl. 2013 Feb;6(2):377-83 Pubmed, 227,33 ko

Recovery of a nearly extinct Galápagos tortoise despite minimal genetic variation.

Milinkovitch M C, Kanitz R, Tiedemann R, Tapia W, Llerena F, Caccone A, Gibbs J P, Powell J R

Laboratory of Artificial & Natural Evolution (LANE), Department of Genetics & Evolution, University of Geneva Geneva, Switzerland.

Genome Biol Evol. 2013 Jan;5(2):389-401. Pubmed, 1,48 Mo

Contrasted evolution of the vomeronasal receptor repertoires in mammals and squamate reptiles.

Brykczynska U, Tzika A C, Rodriguez I, Milinkovitch M C

Laboratory of Artificial & Natural Evolution (LANE), Department of Genetics & Evolution, University of Geneva, Sciences III, Geneva, Switzerland.

Science. 2012 Nov 29. Pubmed, 2,1 Mo

Crocodile Head Scales Are Not Developmental Units But Emerge from Physical Cracking.

Milinkovitch M C, Manukyan L, Debry A, Di-Poi N, Martin S, Singh D, Lambert D, Zwicker M

Laboratory of Arti fi cial and Natural Evolution (LANE), Department of Genetics and Evolution, University of Geneva, Sciences III, 30, Quai Ernest-Ansermet, 1211 Geneve, Switzerland.

J Anat. 2012 Apr 27. doi: 10.1111/j.1469-7580.2012.01509.x. Pubmed, link, 3,57 Mo

Development and embryonic staging in non-model organisms: the case of an afrotherian mammal.

Werneburg I, Tzika A C, Hautier L, Asher R J, Milinkovitch M C, Sanchez-Villagra M R

Palaontologisches Institut und Museum, Universitat Zurich, Zurich, Switzerland Institut fur Geowissenschaften, Tubingen, Germany Laboratory of Artificial & Natural Evolution (LANE), Department ...

Evodevo. 2011 Sep 26;2(1):19. Pubmed, 2,73 Mo

Reptilian-transcriptome v1.0, a glimpse in the brain transcriptome of five divergent Sauropsida lineages and the phylogenetic position of turtles.

Tzika A C, Helaers R, Schramm G, Milinkovitch M C

Mol Ecol. 2011 Jun 20. doi: 10.1111/j.1365-294X.2011.05158.x. Pubmed, 1 Mo

Alien eggs in duck nests: brood parasitism or a help from Grandma?

Tiedemann R, Paulus K B, Havenstein K, Thorstensen S, Petersen A, Lyngs P, Milinkovitch M C

Unit of Evolutionary Biology/Systematic Zoology, Institute of Biochemistry and Biology, University of Potsdam, Karl-Liebknecht-Strasse 24-25, Haus 26, D-14476 Potsdam, Germany Langahlieth 9a, IS-60...

Mol Ecol Resour. 2011 May;11(3):550-556. doi: 10.1111/j.1755-0998.2011.02986.x. Epub 2011 Feb 6. Pubmed

Development of a multiplex PCR assay for fine-scale population genetic analysis of the Komodo monitor Varanus komodoensis based on 18 polymorphic microsatellite loci.

Ciofi C, Tzika A C, Natali C, Watts P C, Sulandari S, Zein M S, Milinkovitch M C

Molecular Ecology Laboratory, Department of Evolutionary Biology, University of Florence, Via Romana 17, 50125 Florence, Italy Laboratory of Artificial & Natural Evolution, Department of Geneti...

Nature. 2010 Mar 4;464(7285):99-103. Pubmed

Changes in Hox genes' structure and function during the evolution of the squamate body plan.

Di-Poi N, Montoya-Burgos J I, Miller H, Pourquie O, Milinkovitch M C, Duboule D

National Research Center Frontiers in Genetics, Department of Zoology and Animal Biology, University of Geneva, Sciences III, 1211 Geneva 4, Switzerland.

BMC Bioinformatics. 2010 Jul 15;11:379. Pubmed

MetaPIGA v2.0: maximum likelihood large phylogeny estimation using the metapopulation genetic algorithm and other stochastic heuristics.

Helaers R, Milinkovitch M C

Department of Biology of Namur University, Belgium.

Genome Biol Evol. 2009 Dec 18;2:13-8. Pubmed

Historical constraints on vertebrate genome evolution.

Milinkovitch M C, Helaers R, Tzika A C

Genome Biol. 2010;11(2):R16. Epub 2010 Feb 9. Pubmed

2x genomes--depth does matter.

Milinkovitch M C, Helaers R, Depiereux E, Tzika A C, Gabaldon T

Laboratory of Artificial and Natural Evolution (LANE), Department of Zoology and Animal Biology, Sciences III, 30, Quai Ernest-Ansermet, 1211 Geneva 4, Switzerland. michel.milinkovitch@unige.ch

PLoS Genet. 2009 Mar;5(3):e1000401. Epub 2009 Mar 6. Pubmed

Phylogenomics of unusual histone H2A Variants in Bdelloid rotifers.

Van Doninck K, Mandigo M L, Hur J H, Wang P, Guglielmini J, Milinkovitch M C, Lane W S, Meselson M

Department of Biology, University of Namur, Namur, Belgium. karine.vandoninck@fundp.ac.be