Reconstruction Phylogénétique

Introduction à la reconstruction phylogénétique

Un bref panorama du domaine : format ps - pdf

Quelques références

on pourra consulter les très bons ouvrages ci-dessous :

  • La Reconstruction Phylogénétique, P. Darlu et P. Tassy, Masson, 1993.
  • Trees and proximities representations, J.-P. Barthélemy et A. Guénoche, 1988, 1991, Wiley (Chichester).
  • Swofford et al, 1996

    Résumé de ma thèse de doctorat

    Méthodes et Algorithmes pour reconstruire les arbres de l'Évolution
    Directeur de thèse : Olivier Gascuel (thèse soutenue le 18/12/97).

    Dans cette thèse, nous nous intéressons à la reconstruction d'arbres évolutifs (ou ``phylogénies'') retraçant l'histoire évolutive d'espèces vivantes. Afin d'obtenir une estimation aussi proche que possible de la structure d'une phylogénie inconnue, nous prenons le parti pris de produire une phylogénie ne contenant que des arêtes fiables, quitte à ne retrouver qu'une partie de la phylogénie recherchée. Dans le cadre de cette problématique, nous explorons deux catégories de méthodes :

    • les méthodes à résolution décroissante partent d'une phylogénie complètement résolue (i.e., binaire), de laquelle elles enlèvent les arêtes non fiables.
    • les méthodes à résolution croissante construisent une phylogénie en ne lui ajoutant d'emblée que des arêtes fiables.

    Les méthodes à résolution décroissante que nous proposons reposent sur des techniques de rééchantillonnage, et plus particulièrement sur celle du bootstrap. Dans un premier temps, nous montrons comment détourner la procédure de bootstrap, telle qu'elle fut introduite en reconstruction phylogénétique, pour proposer une estimation fiable d'une phylogénie d'espèces.
    Puis, nous définissons une deuxième procédure bootstrap, dont l'originalité est d'estimer, en fonction de la qualité du jeu de données et de la méthode de reconstruction utilisée, le nombre d'arêtes que doit comporter la phylogénie proposée pour avoir une erreur minimum. Cette nouvelle procédure donne des résultats d'aussi bonne qualité que la précédente, en des temps plus courts.

    Les méthodes à résolution croissante que nous proposons reposent sur un principe d'optimisation combinatoire lié aux quadruplets d'espèces : on infère d'abord des phylogénies sur quatre espèces, qu'on cherche ensuite à combiner en une phylogénie sur l'ensemble des espèces, de façon à optimiser un certain critère.
    Dans ce cadre, nous montrons que le problème du sous-ensemble maximum de quadruplets, équivalent à un arbre, peut être résolu de façon exacte en temps polynômial, O(n^4). En associant l'algorithme obtenu avec un principe simple d'inférence de phylogénies sur 4 espèces, nous obtenons la méthode Q*, ne proposant que des arêtes combinatoirement sûres. Nous caractérisons la boule de consistance de cette méthode, au sens de la norme Loo. En utilisant des arguments probabilistes nous donnons une borne sur la vitesse de convergence de cette méthode (pour les modèles de l'évolution classiques), montrant que cette vitesse est au pire polynomiale sous certaines conditions. Les résultats expérimentaux montrent que la méthode Q* infère en pratique très peu d'arêtes incorrectes et retrouve généralement une proportion non-négligeable des arêtes correctes.
    Enfin, pour compléter l'arbre inféré par la méthode Q*, parfois trop conservatrice, nous proposons un algorithme agglomératif en basé sur les quadruplets et de complexité O(n^4). Les simulations montrent que cet algorithme rapproche significativement l'arbre proposé par la méthode Q* de la phylogénie correcte.

    Diverses simulations montrent que les méthodes, à résolution croissante et à résolution décroissante, que nous proposons obtiennent de meilleurs résultats que les méthodes traditionnellement utilisées (p.ex. le Neighbor Joining et le Maximum de Parcimonie) pour estimer la structure d'une phylogénie inconnue.

    Pour en savoir plus

    vous pouvez télécharger la thèse (232 pages, format postscript compressé).