Contributions à l'étude de la classification spectrale et applications

120 Extraction de connaissances appliquée à la biologie et l’imagerie médicale
Partie 1 :
Classification de profils temporels
d’expression de gènes
Après avoir introduit le contexte à travers le cadre de l’étude et le principe des biopuces, nous
adapterons dans un premier temps une méthode basée sur les cartes de Kohonen aux données
d’expressions temporelles de gènes qui servira par la suite d’outil référence de comparaison. Dans
un second temps, la méthode du spectral clustering sera appliquée sur ces mêmes données. Enfin,
les résultats seront comparés dans une dernière partie.
4.1 Présentation du problème biologique
Dans la suite, le cadre de l’étude sera introduit ainsi que le principe des biopuces ou puces ADN
utilisées pour obtenir l’ensemble des données génomiques.
Cadre de l’étude
Les légumineuses fixent l’azote atmosphérique en établissant une symbiose avec une bactérie
racinaire (Rhizobium). Cette aptitude explique la forte teneur en protéines et permet la synthèse
de protéines sans avoir recours à une fertilisation azotée chimique. La culture des légumineuses, à la
différence des céréales ou des oléo-protéagineux comme le colza et le tournesol,constitue le meilleur
moyen de produire des protéines tout en respectant l’environnement.
La légumineuse modèle considérée est le Médicago Truncatula [102]. Cette espèce est la proche
d’un point de vue phylogénétique (i.e étude de la formation et de l’évolution des organismes vivants
en vue d’établir leur parenté) de la plupart des légumineuses cultivées en Europe. Elle fait partie
du groupe des galégoïdes contenant les tribus des Trifoliées (luzernes, trèfles...), des Viciées (pois,
féveroles, lentilles..) et Cicérées (pois chiche...). Le Médicago Truncatula est une luzerne proche
de la luzerne cultivée (M.sativa). La taille du génome est 450 mégabases (10 6 bases) par cellule,
équivalente à celle du riz. Il s’agit d’une espèce diploïde (appariement des chromosomes contenus
dans la cellule biologique) et autogame (autoféconde). Le principal inconvénient de ces espèces est
sa sensibilité à un grand nombre de pathogènes surtout racinaires.
Une bactérie connue pour attaquer plus de 200 espèces incluant beaucoup de cultures et de
récoltes agricoles est le Ralstonia Solanacearum. Sa forme en seringue permet une infection par la
racine des plantes, véritable autoroute pour les pathogènes. Des expérimentations basées sur l’inocculation
de la bactérie dans le Medicago Truncatula ont dévoilé l’existence de plantes résistantes
(mutant HRP). L’observation des gènes concernés par les maladie foliaire et racinaire et l’analyse
des gènes issus des plantes résistantes est nécessaire. On a recours aux puces à ADN.
Principes des expériences effectuées
La fabrication de puce à ADN [94] consiste à immobiliser de façon ordonnée sur un support
solide des molécules d’ADN, appelés sondes, spécifiques des gènes que l’on souhaite étudier comme