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Dispersion de gènes et structures génétiques spatiales Etienne Klein, Julien Fayard, Sylvie Oddou-Muratorio Unité Biostatistique et Processus Spatiaux,

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1 Dispersion de gènes et structures génétiques spatiales Etienne Klein, Julien Fayard, Sylvie Oddou-Muratorio Unité Biostatistique et Processus Spatiaux, INRA Avignon Unité Écologie Forestière Méditerranéenne, INRA Avignon

2 Diversité neutre, dérive génétique et effectif efficace Diversité neutre – Diversité moléculaire à un locus non exprimé ou diversité naffectant pas la reproduction – À léchelle évolutive : migration x dérive génétique x mutation – À léchelle écologique: migration x dérive génétique (x mutation) – Information rétrospective: inférence sur lhistoire démographique passée ou récente – Comparer diversité neutre et diversité sélectionnée pour inférer la sélection – Information prospective: inférence sur le potentiel adaptatif des populations et léchelle spatiale de la gestion Déf: « Gène » = un fragment dADN considéré pour linformation quil porte Petit et al. 2002

3 Diversité neutre, dérive génétique et effectif efficace Dérive génétique = variation des fréquences alléliques due au hasard des événements de reproduction dans une population finie La dérive génétique « s oppose » à la sélection en rendant possible la fixation par hasard dallèles contre-sélectionnés. Population idéale de taille N: Variance(fréquence allélique en une génération) = p(1-p)/N On caractérise une population non idéale par sa taille efficace Ne = taille de la population idéale qui donnerait le même niveau de dérive génétique (=inverse de la température) Population de Wright-Fisher

4 Espace spatialement implicite et structuration génétique Fst = corrélation intra-pop de létat allélique de deux gènes Q : proba didentité de deux gènes tirés au hasard Dans une métapopulation de taille infinie à léquilibre Leffectif efficace dune métapopulation est m=0; N=20; 10 allèles N=180; 10 allèles m=0.1; N=20; 10 allèles

5 Equivalent spatialisé du Fst : autocorrélations spatiales avec Flux de gènes en paysage spatialement explicite: Isolement par la distance Rousset 2000; Hardy & Vekemans 1999

6 Flux de gènes en paysage spatialement explicite: Isolement par la distance Le noyau de dispersion est une fonction de densité (pdf) de la loi de la position du descendant relativement au parent – Échelle de la dispersion: 2 variance axiale de dispersion À léquilibre, en 2D, la relation entre lautocorrélation spatiale et le log(distance) est linéaire: d e =densité efficace (intégrant la variance de fertilité)) Seulement léchelle affecte la pente de lautocorrélogramme Propriété utilisée pour estimer la distance de dispersion dans des populations à léquilibre Rousset 2008

7 Flux de gènes en paysage spatialement explicite: Isolement par quelle distance ? McRae 2008

8 Flux de gènes en paysage spatialement explicite: Importance de la dispersion à longue distance (LDD) Le noyau de dispersion: – Échelle de la dispersion :, 2 – Forme de la dispersion (LDD): kurtosis, vitesse de décroissance de la fonction de dispersion… Seulement léchelle affecte la pente de lautocorrélogramme Mais la forme affecte lordonnée à lorigine donc le niveau de différenciation globale

9 Dynamiques transientes et structure génétique spatiale: Population en colonisation Un expansion spatiale laisse une empreinte génétique spatiale différente des SGS à léquilibre Diversité décroit par effets de fondation successifs Différenciation globale augmente, mais de manière structurée et non stationnaire

10 Dynamiques transientes et structure génétique spatiale: Diffusion et surfing phenomenon Un gène particulier pris sur le front de colonisation à une date a deux avenirs distincts possibles: rester sur place ou surfer sur la vague… Edmonds et al Hallatschek & Nelson 2008 Où était positionné à la date le gène qui finira par envahir le front ?

11 Dynamiques transientes et structure génétique spatiale: Population en colonisation Les gènes qui envahissent le front de colonisation proviennent de lavant du front La diversité mise en place par le passage du front décroit exponentiellement (échelle caractéristique : v N e /2 ) Leffectif efficace du front N e augmente en ~ N 0.3 Hallatschek & Nelson 2008

12 Difficultés à formaliser la colonisation en présence de LDD Avec une fonction à queue lourde: – les modèles déterministes aboutissent à un front de colonisation qui se déforme et accélère au cours de la colonisation – les modèles stochastiques individus-centrés aboutissent à des individus épars: difficile de définir le front – Il ny a pas de fixation dun gène unique dans le front de colonisation… – Caractériser la structure génétique spatiale dun processus non stationnaire…

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14 Flux de gènes en paysage spatialement explicite Modèle 1: Populations panmictiques et barrières aux flux de gènes – Womble (1951)

15 Dynamiques transientes et structure génétique spatiale: colonisation Expérimentations en boîtes de Petri avec des souches différentes Hallatschek et al. 2008


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