Identification of descendants of an extinct bovine population from the Algarve region of Portugal using numerical taxonomy analysis of morphological traits

The morphology of a sample of four bulls and 43 cows, presumed to be descendants of the extinct cattle breed ‘Algarvia’ (AG), was used to assign their relationship with animals from other Portuguese autochthonous breeds – Arouquesa (AR), Barrosa˜ (BA), Cachena (CA), Marinhoa (MA), Maronesa (MO), Minhota (MN), Mirandesa (MI), (only bulls), Alentejana (AL), Garvonesa (GA), Mertolenga (ME) and Preta (PR). Standard numerical taxonomic methods were applied to a set of 183 (cows) and 170 (bulls) traits, to derive average pairwise taxonomic distances among the sample of 257 cows and 76 bulls. Distance coefficients (morphological index of distance) ranged from 0.22 to 2.62 (cows) and from 0.49 to 2.13 (bulls). Unweighted pair group method using arithmetic averages (UPGMA)-based phenograms and a principal coordinate analysis showed that bulls were highly clustered and cows showed a tendency to cluster according to their geographical and breed origin. The AG population grouped together with GA, AL, ME and MN breeds in the Red Convex group. The average taxonomic distance among breeds was 1.02, the highest being 1.39 (ME versus BA) and the lowest being 0.64 (MA versus AR). The approach allowed for the identification of a phenotypically differentiated set of animals, comprising 19 cows and four bulls representative of the AG breed, and which can be targeted in further studies aiming at the recovery of this extinct breed.

Ecological genetics in the North Atlantic: environmental gradients and adaptation at specific loci

The North Atlantic intertidal community provides a rich set of organismal and environmental material for the study of ecological genetics. Clearly defined environmental gradients exist at multiple spatial scales: there are broad latitudinal trends in temperature, meso-scale changes in salinity along estuaries, and smaller scale gradients in desiccation and temperature spanning the intertidal range. The geology and geography of the American and European coasts provide natural replication of these gradients, allowing for population genetic analyses of parallel adaptation to environmental stress and heterogeneity. Statistical methods have been developed that provide genomic neutrality tests of population differentiation and aid in the process of candidate gene identification. In this paper, we review studies of marine organisms that illustrate associations between an environmental gradient and specific genetic markers. Such highly differentiated markers become candidate genes for adaptation to the environmental factors in question, but the functional significance of genetic variants must be comprehensively evaluated. We present a set of predictions about locus-specific selection across latitudinal, estuarine, and intertidal gradients that are likely to exist in the North Atlantic. We further present new data and analyses that support and contradict these simple selection models. Some taxa show pronounced clinal variation at certain loci against a background of mild clinal variation at many loci. These cases illustrate the procedures necessary for distinguishing selection driven by internal genomic vs. external environmental factors. We suggest that the North Atlantic intertidal community provides a model system for identifying genes that matter in ecology due to the clarity of the environmental stresses and an extensive experimental literature on ecological function. While these organisms are typically poor genetic and genomic models, advances in comparative genomics have provided access to molecular tools that can now be applied to taxa with well-defined ecologies. As many of the organisms we discuss have tight physiological limits driven by climatic factors, this synthesis of molecular population genetics with marine ecology could provide a sensitive means of assessing evolutionary responses to climate change.

Rare chromosome abnormalities, prevalence and prenatal diagnosis rates from population-based congenital anomaly registers in Europe.

The aim of this study is to quantify the prevalence and types of rare chromosome abnormalities (RCAs) in Europe for 2000-2006 inclusive, and to describe prenatal diagnosis rates and pregnancy outcome. Data held by the European Surveillance of Congenital Anomalies database were analysed on all the cases from 16 population-based registries in 11 European countries diagnosed prenatally or before 1 year of age, and delivered between 2000 and 2006. Cases were all unbalanced chromosome abnormalities and included live births, fetal deaths from 20 weeks gestation and terminations of pregnancy for fetal anomaly. There were 10,323 cases with a chromosome abnormality, giving a total birth prevalence rate of 43.8/10,000 births. Of these, 7335 cases had trisomy 21,18 or 13, giving individual prevalence rates of 23.0, 5.9 and 2.3/10,000 births, respectively (53, 13 and 5% of all reported chromosome errors, respectively). In all, 473 cases (5%) had a sex chromosome trisomy, and 778 (8%) had 45,X, giving prevalence rates of 2.0 and 3.3/10,000 births, respectively. There were 1,737 RCA cases (17%), giving a prevalence of 7.4/10,000 births. These included triploidy, other trisomies, marker chromosomes, unbalanced translocations, deletions and duplications. There was a wide variation between the registers in both the overall prenatal diagnosis rate of RCA, an average of 65% (range 5-92%) and the prevalence of RCA (range 2.4-12.9/10,000 births). In all, 49% were liveborn. The data provide the prevalence of families currently requiring specialised genetic counselling services in the perinatal period for these conditions and, for some, long-term care.

Association of serum homocysteine with major depressive disorder: results from a large population-based study.

BACKGROUND: Studies on the association between homocysteine levels and depression have shown conflicting results. To examine the association between serum total homocysteine (tHcy) levels and major depressive disorder (MDD) in a large community sample with an extended age range. METHODS: A total of 3392 men and women aged 35-66 years participating in the CoLaus study and its psychiatric arm (PsyCoLaus) were included in the analyses. High tHcy measured from fasting blood samples was defined as a concentration ≥15μmol/L. MDD was assessed using the semi-structured Diagnostic Interview for Genetics Studies. RESULTS: In multivariate analyses, elevated tHcy levels were associated with greater odds of meeting the diagnostic criteria for lifetime MDD among men (OR=1.71; 95% CI, 1.18-2.50). This was particularly the case for remitted MDD. Among women, there was no significant association between tHcy levels and MDD and the association tended to be in the opposite direction (OR=0.61; 95% CI, 0.34-1.08). CONCLUSIONS: In this large population-based study, elevated tHcy concentrations are associated with lifetime MDD and particularly with remitted MDD among men.

Genetics of narcolepsy and other major sleep disorders.

One third of the population is affected by a sleep disorder with a major social, medical, and economic impact. Although very little is known about the genetics of normal sleep, familial and twin studies indicate an important influence of genetic factors. Most sleep disorders run in families and in several of them the contribution of genetic factors is increasingly recognised. With recent advances in the genetics of narcolepsy and the role of the hypocretin/orexin system, the possibility that other gene defects may contribute to the pathophysiology of major sleep disorders is worth indepth investigation.

Genetics of calcium homeostasis in humans: continuum between monogenic diseases and continuous phenotypes

Extracellular calcium participates in several key physiological functions, such as control of blood coagulation, bone calcification or muscle contraction. Calcium homeostasis in humans is regulated in part by genetic factors, as illustrated by rare monogenic diseases characterized by hypo or hypercalcaemia. Both serum calcium and urinary calcium excretion are heritable continuous traits in humans. Serum calcium levels are tightly regulated by two main hormonal systems, i.e. parathyroid hormone and vitamin D, which are themselves also influenced by genetic factors. Recent technological advances in molecular biology allow for the screening of the human genome at an unprecedented level of detail and using hypothesis-free approaches, such as genome-wide association studies (GWAS). GWAS identified novel loci for calcium-related phenotypes (i.e. serum calcium and 25-OH vitamin D) that shed new light on the biology of calcium in humans. The substantial overlap (i.e. CYP24A1, CASR, GATA3; CYP2R1) between genes involved in rare monogenic diseases and genes located within loci identified in GWAS suggests a genetic and phenotypic continuum between monogenic diseases of calcium homeostasis and slight disturbances of calcium homeostasis in the general population. Future studies using whole-exome and whole-genome sequencing will further advance our understanding of the genetic architecture of calcium homeostasis in humans. These findings will likely provide new insight into the complex mechanisms involved in calcium homeostasis and hopefully lead to novel preventive and therapeutic approaches. Keyword: calcium, monogenic, genome-wide association studies, genetics.

Genetic and phenotypic population divergence on a microgeographic scale in brown trout.

Salmonid populations of many rivers are rapidly declining. One possible explanation is that habitat fragmentation increases genetic drift and reduces the populations' potential to adapt to changing environmental conditions. We measured the genetic and eco-morphological diversity of brown trout (Salmo trutta) in a Swiss stream system, using multivariate statistics and Bayesian clustering. We found large genetic and phenotypic variation within only 40 km of stream length. Eighty-eight percent of all pairwise F(ST) comparisons and 50% of the population comparisons in body shape were significant. High success rates of population assignment tests confirmed the distinctiveness of populations in both genotype and phenotype. Spatial analysis revealed that divergence increased with waterway distance, the number of weirs, and stretches of poor habitat between sampling locations, but effects of isolation-by-distance and habitat fragmentation could not be fully disentangled. Stocking intensity varied between streams but did not appear to erode genetic diversity within populations. A lack of association between phenotypic and genetic divergence points to a role of local adaptation or phenotypically plastic responses to habitat heterogeneity. Indeed, body shape could be largely explained by topographic stream slope, and variation in overall phenotype matched the flow regimes of the respective habitats.

A novel mutation in the sulfate transporter gene SLC26A2 (DTDST) specific to the Finnish population causes de la Chapelle dysplasia.

BACKGROUND: Mutations in the sulfate transporter gene SLC26A2 (DTDST) cause a continuum of skeletal dysplasia phenotypes that includes achondrogenesis type 1B (ACG1B), atelosteogenesis type 2 (AO2), diastrophic dysplasia (DTD), and recessive multiple epiphyseal dysplasia (rMED). In 1972, de la Chapelle et al reported two siblings with a lethal skeletal dysplasia, which was denoted "neonatal osseous dysplasia" and "de la Chapelle dysplasia" (DLCD). It was suggested that DLCD might be part of the SLC26A2 spectrum of phenotypes, both because of the Finnish origin of the original family and of radiographic similarities to ACG1B and AO2. OBJECTIVE: To test the hypothesis whether SLC26A2 mutations are responsible for DLCD. METHODS: We studied the DNA from the original DLCD family and from seven Finnish DTD patients in whom we had identified only one copy of IVS1+2T>C, the common Finnish mutation. A novel SLC26A2 mutation was found in all subjects, inserted by site-directed mutagenesis in a vector harbouring the SLC26A2 cDNA, and expressed in sulfate transport deficient Chinese hamster ovary (CHO) cells to measure sulfate uptake activity. RESULTS: We identified a hitherto undescribed SLC26A2 mutation, T512K, homozygous in the affected subjects and heterozygous in both parents and in the unaffected sister. T512K was then identified as second pathogenic allele in the seven Finnish DTD subjects. Expression studies confirmed pathogenicity. CONCLUSIONS: DLCD is indeed allelic to the other SLC26A2 disorders. T512K is a second rare "Finnish" mutation that results in DLCD at homozygosity and in DTD when compounded with the milder, common Finnish mutation.

BAFF binds to the tumor necrosis factor receptor-like molecule B cell maturation antigen and is important for maintaining the peripheral B cell population.

The tumor necrosis factor (TNF) family member B cell activating factor (BAFF) binds B cells and enhances B cell receptor-triggered proliferation. We find that B cell maturation antigen (BCMA), a predicted member of the TNF receptor family expressed primarily in mature B cells, is a receptor for BAFF. Although BCMA was previously localized to the Golgi apparatus, BCMA was found to be expressed on the surface of transfected cells and tonsillar B cells. A soluble form of BCMA, which inhibited the binding of BAFF to a B cell line, induced a dramatic decrease in the number of peripheral B cells when administered in vivo. Moreover, culturing splenic cells in the presence of BAFF increased survival of a percentage of the B cells. These results are consistent with a role for BAFF in maintaining homeostasis of the B cell population.

Effect of biogeographic history on population vulnerability in European amphibians.

The genetic diversity of populations, which contributes greatly to their adaptive potential, is negatively affected by anthropogenic habitat fragmentation and destruction. However, continental-scale losses of genetic diversity also resulted from the population expansions that followed the end of the last glaciation, an element that is rarely considered in a conservation context. We addressed this issue in a meta-analysis in which we compared the spatial patterns of vulnerability of 18 widespread European amphibians in light of phylogeographic histories (glacial refugia and postglacial routes) and anthropogenic disturbances. Conservation statuses significantly worsened with distances from refugia, particularly in the context of industrial agriculture; human population density also had a negative effect. These findings suggest that features associated with the loss of genetic diversity in post-glacial amphibian populations (such as enhanced fixation load or depressed adaptive potential) may increase their susceptibility to current threats (e.g., habitat fragmentation and pesticide use). We propose that the phylogeographic status of populations (i.e., refugial vs. post-glacial) should be considered in conservation assessments for regional and national red lists.

Sociodemographic, behavioral and genetic determinants of allostatic load in a Swiss population-based study.

Allostatic load (AL) is a marker of physiological dysregulation which reflects exposure to chronic stress. High AL has been related to poorer health outcomes including mortality. We examine here the association of socioeconomic and lifestyle factors with AL. Additionally, we investigate the extent to which AL is genetically determined. We included 803 participants (52% women, mean age 48±16years) from a population and family-based Swiss study. We computed an AL index aggregating 14 markers from cardiovascular, metabolic, lipidic, oxidative, hypothalamus-pituitary-adrenal and inflammatory homeostatic axes. Education and occupational position were used as indicators of socioeconomic status. Marital status, stress, alcohol intake, smoking, dietary patterns and physical activity were considered as lifestyle factors. Heritability of AL was estimated by maximum likelihood. Women with a low occupational position had higher AL (low vs. high OR=3.99, 95%CI [1.22;13.05]), while the opposite was observed for men (middle vs. high OR=0.48, 95%CI [0.23;0.99]). Education tended to be inversely associated with AL in both sexes(low vs. high OR=3.54, 95%CI [1.69;7.4]/OR=1.59, 95%CI [0.88;2.90] in women/men). Heavy drinking men as well as women abstaining from alcohol had higher AL than moderate drinkers. Physical activity was protective against AL while high salt intake was related to increased AL risk. The heritability of AL was estimated to be 29.5% ±7.9%. Our results suggest that generalized physiological dysregulation, as measured by AL, is determined by both environmental and genetic factors. The genetic contribution to AL remains modest when compared to the environmental component, which explains approximately 70% of the phenotypic variance.

Recherche des facteurs génétiques à l’origine de la maladie de Parkinson dans la population canadienne-française du Québec

La maladie de Parkinson (MP) est une affection neurodégénérative invalidante et incurable. Il est maintenant clairement établi que d’importants déterminants génétiques prédisposent à son apparition. La recherche génétique sur des formes familiales de la MP a mené à la découverte d’un minimum de six gènes causatifs (SNCA, LRRK2, Parkin, PINK1, DJ-1 and GBA) et certains, par exemple LRRK2, contiennent des variations génétiques qui prédisposent également aux formes sporadiques. La caractérisation des protéines codées par ces gènes a mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sousjacents. Toutefois, en dépit de ces efforts, les causes menant à l’apparition de la MP restent inconnues pour la majorité des patients. L’objectif général des présents travaux était d’identifier des mutations prédisposant à la MP dans la population canadienne-française du Québec à partir d’une cohorte composée principalement de patients sporadiques. Le premier volet de ce projet consistait à déterminer la présence de mutations de LRRK2 dans notre cohorte en séquençant directement les exons contenant la majorité des mutations pathogéniques et en effectuant une étude d’association. Nous n’avons identifié aucune mutation et l’étude d’association s’est avérée négative, suggérant ainsi que LRRK2 n’est pas une cause significative de la MP dans la population canadienne-française. La deuxième partie du projet avait pour objectif d’identifier de nouveaux gènes causatifs en séquençant directement des gènes candidats choisis à cause de leurs implications dans différents mécanismes moléculaires sous-tendant la MP. Notre hypothèse de recherche était basée sur l’idée que la MP est principalement due à des mutations individuellement rares dans un grand nombre de gènes différents. Nous avons identifié des mutations rares dans les gènes PICK1 et MFN1. Le premier code pour une protéine impliquée dans la régulation de la transmission du glutamate tandis que le second est un des acteurs-clés du processus de fusion mitochondriale. Nos résultats, qui devront être répliqués, suggèrent que le séquençage à grande échelle pourrait être une méthode prometteuse d’élucidation des facteurs de prédisposition génétiques à la MP ; ils soulignent l’intérêt d’utiliser une population fondatrice comme les canadiens-français pour ce type d’étude et devraient permettre d’approfondir les connaissances sur la pathogénèse moléculaire de la MP.

Découverte d'un gène causant une ataxie spastique héréditaire dominante dans la population de Terre-Neuve

Les ataxies spastiques héréditaires forment une famille hétérogène de désordres qui ont des points communs avec les ataxies héréditaires et les paraplégies spastiques héréditaires. Un de ces éléments est une ataxie, soit une difficulté de coordination des membres souvent due à un dommage au cervelet. L’autre est une spasticité des membres inférieurs, souvent due à des dommages à la voie cortico-spinale. Une seule ataxie spastique à hérédité autosomique dominante a été rapportée dans la littérature, et il s’agit de SPAX1. À l’aide de trois familles de Terre-Neuve présentant ce phénotype, le locus a été identifié en 2002. Dans ce mémoire, c’est de la découverte du gène causal dont il est question. La mutation a été trouvée dans le gène VAMP1, qui encode la protéine synaptobrévine 1, une protéine synaptique impliquée dans l’exocytose des neurotransmetteurs. Il est aussi question de la caractérisation fonctionnelle de la mutation sur l’ARN et des conséquences possibles sur la protéine, concordant avec les symptômes de la maladie.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Identification of Genomic Variants Associated with Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) in French-Canadian Population

La scoliose idiopathique est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale dont la pathogenèse reste obscure. Cette maladie affecte 2-4% des adolescents de 10-18 ans parmi les garçons et les filles. Il est à noter que les filles sont plus sévèrement affectées et ce en plus grand nombre que les garçons. Les études de jumeaux ont montré que les facteurs génétiques jouent un rôle important dans la scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA). Depuis 2010, les études d'association pan génomiques ont été multipliées dans les recherches, visant à trouver des gènes candidats impliqués dans la SIA à travers des examens des polymorphismes nucléotidiques (SNPs). Un test génétique nommé "ScoliScore" a été publié pour essayer de prédire la progression de courbure dans la population caucasienne. Cependant, l'association n'a pas été reproduite dans une grande étude japonaise, soulignant l'importance d'une étude de réplication dans une population caucasienne indépendante. Dans ce contexte, mon projet de maîtrise a permis de génotyper plus de 1,4 millions de SNPs dans une cohorte canadienne-française dans le but: 1) de valider l'association de ScoliScoreTM; et 2) d’identifier les variants génomiques associées à la SIA dans la population québécoise. Notre étude a montré qu’aucun des variants constituant le test ScoliScoreTM n’était associé à la SIA. Ceci suggère que l'absence d'association dans une cohorte japonaise n'est pas due à l'appartenance ethnique. Aussi, nous avons identifié des variants génomiques associés significativement à l’initiation et/ou la progression de SIA dans la population québécoise, suggérant des gènes candidats impliqués dans la pathogenèse de SIA.