Émergence et entropie

Thèse effectuée en cotutelle avec l’Université de Montréal et l’Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne (IHPST)

Ramifications génétiques et démographiques de l'effet fondateur québécois

Les événements fondateurs et les expansions territoriales peuvent promouvoir une cascade de changements génétiques et ont ainsi pu jouer un rôle important au cours de l’histoire évolutive de l’Homme moderne. Or, chez les populations humaines, les conséquences évolutives et la dynamique démographique des processus de colonisation demeurent largement méconnues et difficiles à étudier. Dans cette thèse, nous avons utilisé les généalogies de la population fondatrice canadienne-française ainsi que des données génomiques pour étudier ces questions. Les analyses génomiques et généalogiques, remarquablement concordantes, ont dévoilé un nouveau portrait détaillé de la structure de la population du Québec, incluant un continuum de diversité génétique dans l’axe ouest/est et des sous-populations significativement différenciées. L’analyse de l’immigration fondatrice a montré que virtuellement tous les Canadiens français sont métissés. Allant à l’encontre d’une prétendue homogénéité génétique de la population, nos résultats démontrent que le peuplement des régions a engendré une rapide différentiation génétique et expliquent certaines signatures régionales de l’effet fondateur. De plus, en suivant les changements évolutifs dans les généalogies, nous avons montré que les caractéristiques des peuplements fondateurs peuvent affecter les traits liés à la fécondité et au succès reproducteur. Cette thèse offre une meilleure compréhension du patrimoine génétique du Québec et apporte des éléments de réponse sur les conséquences évolutives des événements fondateurs.

Évolution et transmission des savoir-faire céramiques au cours du Sylvicole (-1000 à 1550 de notre ère) : la station 3-avant de Pointe-du-Buisson (BhFl-1d), Haut-Saint-Laurent, Québec.

La station 3-avant de Pointe-du-Buisson (Beauharnois, Haut-Saint-Laurent, Québec) représente la plus importante collection de récipients de terre cuite datant du Sylvicole moyen ancien (-400 à 500 de notre ère) dans le Nord-Est américain. De plus, on trouve sur ce site une série continue d’occupations couvrant l’ensemble de la période Sylvicole. En dépit de complications d’ordre stratigraphique (terreau homogène et pédoturbations), des concepts et des méthodes évolutionnaires tirés de la théorie de l’hérédité duelle sont appliqués à l’étude de cet assemblage. D’un point de vue anthropologique, que nous apprend l’étude de l’évolution et de la transmission des savoir-faire d’une technologie que nous assumons exclusivement féminine au cours de la période Sylvicole? L’auteur défend que l’archéologie évolutionnaire permet de détecter le contexte de la transmission, c’est-à-dire l’organisation socioéconomique des populations du passé. L’examen des traits stylistiques suggère que la sédentarisation estivale des bandes amérindiennes à partir du Sylvicole moyen tardif favorise une homogénéisation des productions céramiques dans un contexte virilocal qui est la conséquence d’une transmission de type conformiste opérant sur un axe horizontal (entre pairs). Cependant, le passage probable des tribus iroquoiennes à l’uxorilocalité et à la matrilinéarité à la fin du Sylvicole se traduit par une saisissante hétérogénéisation des pots, qui s’explique possiblement par une sélection de marqueurs identitaire d’ordre clanique (transmission verticale entre parents et descendants). L’étude des traits techno-fonctionnels indique une diversification de la vaisselle de terre cuite à mesure que les populations intensifient leurs expériences sur les cultigènes. Dans l’ensemble, cette évolution trahit une attention accrue conférée à la performance des pots en tant que récipients culinaires. Par ailleurs, le concours de la sériation et de datations AMS permet la reconnaisance d’un taxon « Sylvicole moyen moyen » caractérisé par une modification morphologique et décorative des vases. Une enquête comparative portant sur un échantillon de 27 sites archéologiques de l’horizon Pseudo-scallop-shell démontre que la variation populationnelle est structurée en fonction de la localisation des communautés dans un bassin hydrographique spécifique. Par conséquent, l’auteur soumet des pistes en vue de l’élaboration d’une taxonomie robuste et propre au Sylvicole moyen ancien et au Sylvicole moyen moyen. Enfin, des indices de natures diverses (archéologiques, paléoethnobotaniques, ethnolinguistiques, paléoanthropologiques, et d’autres issus de la génétique des populations) suggèrent une identité proto-algonquienne des bandes des deux sous-périodes susmentionnées.

La génomique évolutive mitochondriale révèle des échanges génétiques et la ségrégation chez les Gloméromycètes

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts.

BIOCHEMICAL GENETIC STUDIES ON THE OIL SARDINE, Sardinella longiceps (CUVIER AND VALENCIENNES, 1847) FROM SELECTED CENTRES OF THE WEST COAST OF INDIA

The main objective of the present investigation was to study the biochemical genetic variability within the species and genetic structure of its regional populations from west coast. Realising the recent report of occurrence of oil sardine fishery in east coast of India, population samples from Mandapam and Madras were also included in the present investigation. The original data gathered on the population genetics of the species have helped to interpret and evaluate the results objectively. The important conclusions drawn from a detailed discussions on the subject would throw some light on the probable process of problematic fluctuations in the abundance of oil sardine fishery of India. The academic and applied values of present discoveries need not be emphasised. The data used for the doctoral thesis were generated during the ICAR ad-hoc project on the "Population genetic studies on oil sardine, sardinella longiceps to identity distinct genetic stocks", carried out at CMFRI, Cochin during the years, 1988-1991

Development of 18 Polymorphic Microsatellite Markers for Vinca minor (Apocynaceae) via 454 Pyrosequencing

• Premise of the study: Polymorphic microsatellite markers were developed in Vinca minor (Apocynaceae) to evaluate the level of clonality, population structure, and genetic diversity of the species within its native and introduced range. • Methods and Results: A total of 1371 microsatellites were found in 43,565 reads from 454 pyrosequencing of genomic V. minor DNA. Additional microsatellite loci were mined from publicly available cDNA sequences. After several rounds of screening, 18 primer pairs flanking di-, tri-, or tetranucleotide repeats were identified that revealed high levels of genetic diversity in two native Italian populations, with two to 11 alleles per locus. Clonal growth predominated in two populations from the introduced range in Germany. Five loci successfully cross-amplified in three additional Vinca species. • Conclusions: The novel polymorphic microsatellite markers are promising tools for studying clonality and population genetics of V. minor and for assessing the historical origin of Central European populations.

Microsatellites from Fosterella christophii (Bromeliaceae) by de novo transcriptome sequencing on the Pacific Biosciences RS platform

• Premise of the study: Microsatellite markers were developed in Fosterella christophii (Bromeliaceae) to investigate the genetic diversity and population structure within the F. micrantha group, comprising F. christophii, F. micrantha, and F. villosula. • Methods and Results: Full-length cDNAs were isolated from F. christophii and sequenced on a Pacific Biosciences RS platform. A total of 1590 high-quality consensus isoforms were assembled into 971 unigenes containing 421 perfect microsatellites. Thirty primer sets were designed, of which 13 revealed a high level of polymorphism in three populations of F. christophii, with four to nine alleles per locus. Each of these 13 loci cross-amplified in the closely related species F. micrantha and F. villosula, with one to six and one to 11 alleles per locus, respectively. • Conclusions: The new markers are promising tools to study the population genetics of F. christophii and to discover species boundaries within the F. micrantha group.

Desarrollo de una aplicación de computador para analizar parámetros estadísticos genético-poblacionales de microsatélites en poblaciones humanas

La información y los datos genéticos que emanan hoy de las investigaciones del genoma humano demandan el desarrollo de herramientas informáticas capaces de procesar la gran cantidad de información disponible. La mayor cantidad de datos genéticos es el resultado de equipos que realizan el análisis simultáneo de cientos o miles de polimorfismos o variaciones genéticas, de nuevas técnicas de laboratorio de mayor rendimiento que, en conjunto, ofrecen una mayor disponibilidad de información en un corto espacio de tiempo. Esta problemática conduce a la necesidad de desarrollar nuevas herramientas informáticas capaces de lidiar con este mayor volumen de datos genéticos. En el caso de la genética de poblaciones, a pesar de que existen herramientas informáticas que permiten procesar y facilitar el análisis de los datos, estas tienen limitaciones como la falta de conocimiento de los usuarios de algunos lenguajes de programación para alimentar la información y otras herramientas informáticas no realizan todas las estimaciones que se requieren y otros presentan limitaciones en cuanto al número de datos que pueden incorporar o manejar. En algunos casos hay redundancia al tener que usarse dos o más herramientas para poder procesar un conjunto de datos de información genética. El presente trabajo tiene por objetivo el desarrollo de una herramienta informática basada en aplicaciones de computador comunes, en este caso Microsoft Excel® y que resuelva todos los problemas y las limitaciones descritas antes. El desarrollo del conjunto de subprogramas que constituyen a Lustro; permiten superar lo anterior, presentar los resultados en un ambiente sencillo, conocido y fácil de operar, simplificando de esta forma el proceso de adaptación del usuario del programa, sin entrenamiento previo, obteniéndose en corto tiempo el procesamiento de la información genética de interés.

Búsqueda de selección en el polimorfismo 677C>T (c.665C>T) del gen de la metilentetrahidrofolato reductasa (MTHFR) en una población Colombiana

Se realizó un estudio genético – poblacional en dos grupos etarios de población colombiana con la finalidad de evaluar las diferencias genéticas relacionadas con el polimorfismo MTHFR 677CT en busca de eventos genéticos que soporten la persistencia de este polimorfismo en la especie humana debido que este ha sido asociado con múltiples enfermedades. De esta manera se genotipificaron los individuos, se analizaron los genotipos, frecuencias alélicas y se realizaron diferentes pruebas genéticas-poblacionales. Contrario a lo observado en poblaciones Colombianas revisadas se identificó la ausencia del Equilibrio Hardy-Weinberg en el grupo de los niños y estructuras poblacionales entre los adultos lo que sugiere diferentes historias demográficas y culturales entre estos dos grupos poblacionales al tiempo, lo que soporta la hipótesis de un evento de selección sobre el polimorfismo en nuestra población. De igual manera nuestros datos fueron analizados junto con estudios previos a nivel nacional y mundial lo cual sustenta que el posible evento selectivo es debido a que el aporte de ácido fólico se ha incrementado durante las últimas dos décadas como consecuencia de las campañas de fortificación de las harinas y suplementación a las embarazadas con ácido fólico, por lo tanto aquí se propone un modelo de selección que se ajusta a los datos encontrados en este trabajo se establece una relación entre los patrones nutricionales de la especie humana a través de la historia que explica las diferencias en frecuencias de este polimorfismo a nivel espacial y temporal.  

Genotipificación de HLA-B en pacientes colombianos afectados por el síndrome Stevens-Johnson y la Necrólisis Epidérmica Tóxica

Las reacciones alérgicas a medicamentos cutáneas severas (RAM) como el Síndrome Stevens Johnson (SJS) y la Necrólisis Epidérmica Tóxica (NET),caracterizadas por exantema, erosión de la piel y las membranas mucosas, flictenas, desprendimiento de la piel secundario a la muerte de queratinocitos y compromiso ocular. Son infrecuentes en la población pero con elevada morbi-mortalidad, se presentan luego de la administración de diferentes fármacos. En Asia se ha asociado el alelo HLA-B*15:02 como marcador genético para SJS. En Colombia no hay datos de la incidencia de estas RAM, ni de la relación con medicamentos específicos o potenciales y tampoco estudios de aproximación genómica de genes de susceptibilidad.

Filogenia y genética poblacional del género Androcymbium (Colchiceae)

En este trabajo se ha estudiado el género Androcymbium (Colchicaceae) a dos niveles: macro- y micro- evolutivo. A nivel microevolutivo se ha obtenido que para las especies de Sudáfrica oriental la componente interpoblacional es muy importante para explicar la distribución de la variabilidad genética, igual que en Sudáfrica occidental. Para las especies de Namibia, la componente mas importante es la intrapoblacional, igual que en el norte de África. A nivel macroevolutivo se ha obtenido que el origen del género se sitúa en Sudáfrica occidental, datándose en 11,22 ma. Este género ha resultado ser parafilético, dada la aparición conjunta en un mismo clado de especies de Androcymbium y Colchicum, y las especies del norte de África derivan de un taxa de Namibia que llegó a la cuenca Mediterránea a principios del Plioceno gracias a la formación de un corredor árido entre las zonas áridas del suroeste y este de África.

Adaptive approximate Bayesian computation

Sequential techniques can enhance the efficiency of the approximate Bayesian computation algorithm, as in Sisson et al.'s (2007) partial rejection control version. While this method is based upon the theoretical works of Del Moral et al. (2006), the application to approximate Bayesian computation results in a bias in the approximation to the posterior. An alternative version based on genuine importance sampling arguments bypasses this difficulty, in connection with the population Monte Carlo method of Cappe et al. (2004), and it includes an automatic scaling of the forward kernel. When applied to a population genetics example, it compares favourably with two other versions of the approximate algorithm.

A note on the accuracy of PAC-likelihood inference with microsatellite data

Stephens and Donnelly have introduced a simple yet powerful importance sampling scheme for computing the likelihood in population genetic models. Fundamental to the method is an approximation to the conditional probability of the allelic type of an additional gene, given those currently in the sample. As noted by Li and Stephens, the product of these conditional probabilities for a sequence of draws that gives the frequency of allelic types in a sample is an approximation to the likelihood, and can be used directly in inference. The aim of this note is to demonstrate the high level of accuracy of "product of approximate conditionals" (PAC) likelihood when used with microsatellite data. Results obtained on simulated microsatellite data show that this strategy leads to a negligible bias over a wide range of the scaled mutation parameter theta. Furthermore, the sampling variance of likelihood estimates as well as the computation time are lower than that obtained with importance sampling on the whole range of theta. It follows that this approach represents an efficient substitute to IS algorithms in computer intensive (e.g. MCMC) inference methods in population genetics. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Recent developments in genetic data analysis: what can they tell us about human demographic history?

Over the last decade, a number of new methods of population genetic analysis based on likelihood have been introduced. This review describes and explains the general statistical techniques that have recently been used, and discusses the underlying population genetic models. Experimental papers that use these methods to infer human demographic and phylogeographic history are reviewed. It appears that the use of likelihood has hitherto had little impact in the field of human population genetics, which is still primarily driven by more traditional approaches. However, with the current uncertainty about the effects of natural selection, population structure and ascertainment of single-nucleotide polymorphism markers, it is suggested that likelihood-based methods may have a greater impact in the future.