Génétique d’association

Présentation au sujet: "Génétique d’association"— Transcription de la présentation:

1 Génétique d’association
Domenica MANICACCI Julie FIEVET UMR de génétique végétale du Moulon, Gif sur Yvette

2 Qu’est ce que la génétique d’association ?
Génétique quantitative moderne : Recherche de gènes impliqués dans la variation de caractères quantitatifs - mutants/sauvages : phénotypes extrêmes, « qualitatifs » - localisation de QTL: recherche d’associations statistiques entre variation phénotypique et variation moléculaire de marqueurs dans une population en ségrégation diversité génétique faible dans une population précision réduite IC = 10 à 50 cM OK pour introgression, SAM Pb. pour identification de gènes - génétique d’association : recherche d’associations statistiques entre variation phénotypique et variation moléculaire dans une population à large diversité très recombinée

3 Etapes de la génétique d’association
Choix du matériel génétique (population) Caractérisation des polymorphismes moléculaires dans la population Caractérisation phénotypique de la population Analyse statistique d’association « génotype – phénotype »

4 entre génotype et phénotype
Un exemple trivial… SNP Pheno A=1/G=0 9 SNP ou IDP Association stricte entre génotype et phénotype 10 individus Mise en évidence statistique de l’association génotype – phénotype Interprétation de l’association statistique en termes biologiques

5 Interprétation d’une association statistique
Les individus portant l’allèle 1 au locus L sont plus grands que ceux portant l’allèle 2 le locus L est un gène de taille causalité directe le locus L est proche (génétiquement) d’un gène de taille déséquilibre de liaison entre le locus L et le gène de taille dû à leur liaison génétique l’allèle 1 et l’allèle 2 viennent de sous-populations différentes pour la taille déséquilibre de liaison entre le locus L et le gène de taille dû à la structuration de la population

6 DL local et recherches d’associations
Rafalski, 2002 QTL QTL consensus gènes cartographiés (fonction physio) Données synténiques riz Le DL local détermine la résolution des recherches d’associations

7 Le DL global (structure de la pop. et apparentement)
peut générer des faux positifs dans les associations

8 63 RFLP : structure d’un panel de lignées de maïs
ACP (analyse en composantes principales) Cornées européennes DL à l’échelle du génome entre marqueurs RFLP -1.93 -0.77 0.38 1.53 AXIS1 -1.34 0.12 1.58 3.04 AXIS2 -1.49 0.17 1.83 3.49 AXIS3 Chrj Chri LD Dentées Américaines Dubreuil et al. 1996

9 Choix de la population Population à DL restreint aux régions génétiquement proches : Population naturelle panmictique (diversité parfois réduite, panmixie réelle?) Génération d'une population artificielle diverse et panmictique (long!) Population représentative d’une espèce Core-collection : diversité maximale (max. nombre d’allèles) sur-représentation des origines rares ou intéressantes rarement panmictique, très souvent structurée Estimation du DL à grande échelle par estimation de la structure de la population

10 Etude de la structuration d’une population
Inférence de la structure de l’échantillon par ACP sur marqueurs neutres. -1.93 -0.77 0.38 1.53 AXIS1 -1.34 0.12 1.58 3.04 AXIS2 -1.49 0.17 1.83 3.49 AXIS3 Dubreuil et al. 1996  Coordonnées sur les premiers axes de l’ACP

11 Etude de la structuration d’une population
Inférence de la structure de l’échantillon à l’aide de marqueurs neutres et indépendants par approche bayésienne (cf notamment Pritchard et al.). Simulation : « Admixture » de 2 populations (d=0.5), 200 individus, 30 locus bialléliques supposés indépendants Pop1 Pop2 Pop3 Portion du génome issue des populations 1 et 2  Répartition probabiliste des individus dans les deux populations (proportions d’admixture) Individus  Identification du nombre de populations (Max. Vrais.)

12  association SNP-phénotype
Analyse d’association Structure ignorée :  association SNP-phénotype Phénotype (Y) 1 SNP ANOVA à 1 facteurs : SNP Yi = moy + a*SNP + ei ≠

13 Analyse d’association : prise en compte de la structure
POP1 POP2 Structure prise en compte :  pas d’effet du SNP sur le phénotype Phénotype (Y) SNP1 SNP2 SNP3 SNP4 POP 1 2 ANOVA à 2 facteurs : SNP + POP Yi = moy + b*POP + a*SNP + ei ≠ = 1 SNP

14 Structure probabiliste
SNP1 SNP2 SNP3 SNP4 POP1 POP2 1 0.2 0.8 0.5 0.3 0.7 0.6 0.4 0.9 0.1 1.0 0.0 POP1 POP2 i Phénotype (Y) Haplotypes + Population ANOVA avec covariable ( régression linéaire sur Pop1) Yi = moy + b*Prob(i->POP1) + a*SNP + ei Prob(i->POPj) : probabilité que l’individu i provienne de la population Pj = proportion de génome de i provenant de Pj

15 Caractérisation plus fine de l'apparentement dans l'échantillon:
le model linéaire mixte (Yu et al. 2006) Phéno = μ + a.SNP + b.Q + ε Allèle au SNP K : Matrice d'apparentement entre individus SPAGeDi (Hardy & Vekemans 2002) γ.K + ε' Q : Matrice d'admixture pour faire de la genet d'assoc, il faut caracteriser la diversite neutre : Q et K la diversite pheno et la variabilite des genes candidats Implémenté dans TASSEL :

16 Principe de la génétique d’association
Objectif : Déceler si un gène est impliqué dans la variabilité d’un caractère agronomique d’intérêt. Choix d’une population à large diversité Diversité phénotypique Diversité neutre expérimentations contrôlées mesures quantitatives STRUCTURE Génétique d’association Diversité de gènes Séquençage, typage SNP

17 Recherche d’association Dwarf8 – précocité de floraison
homologue à Gai (Arabidopsis) et Rht (blé) mutants nains et précoces colocalisation avec QTL de précocité (chr. 1) chez le maïs  gène candidat pour ce QTL 6bp IDP (Thornsberry et al, 2001)

18 Définition d’une collection et étude de sa structure
(Camus-Kulandaivelu et al. 2006) 375 inbred lines x 55 SSR Northern Flint European Stiff Stalk Corn Belt Dent Tropical Population structure

19 Recherche d’association Dwarf8 – précocité de floraison
Phénotype : précocité en °J: Σ[(Tmax-Tmin)/2 – 6°] si Tmax>30, Tmax=30°C Structure : 67 SSR STRUCTURE 5 groupes qij = % d’appartenance de la lignée i au groupe j Cornés européens Tropicaux Corn Belt Dent Cornés américains Stiff Stalk Génotype : IDP6bp Dwarf8 0 = délétion ; 1 = insertion . = données manquantes M. Fourmann, pers. com.

20 Recherche d’association Dwarf8 – précocité de floraison
Ficher de données (DataD8.xls, lignées) : . . . Y a-t-il une association entre génotype (IDP) et phénotype (précocité) ? Y a-t-il une différenciation génotypique pour l’IDP-6bp de Dwarf8 ? Y a-t-il une différenciation phénotypique entre groupes ? Y a-t-il une association entre génotype (IDP) et phénotype (précocité) en contrôlant pour l’effet de la structuration (SSR)

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22 Association Dwarf8 – précocité de floraison
Insertion Tropical Northern Flint European Stiff Stalk Corn Belt Dent Différenciation entre groupes pour la fréquence de l’IDP : Χ(4)² = 77,7; P = 5, Différenciation entre groupes pour la précocité : R²= 0.46; P = 5, Association Précocité – IDP: sans considérer les groupes R² = F(1;346) = 44, P = 1, en considérant la structure R² = 0,004 F(1;342) = 2, P = n.s. Adaptation géographique en partie due à D8 ? Problème de faux négatif ? Etude d’autres SNP voisins, dans et hors D8 (DL à courte distance)

23 Même effet inter et intra-groupe
Insertion Tropical Northern Flint European Stiff Stalk Corn Belt Dent Même effet inter et intra-groupe adaptation locale + faible effet restant intra-groupe