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Génétique 2 BOP – S4 Génétique des populations Joël Cuguen Laboratoire de Génétique et Evolution des Populations Végétales (UMR CNRS 8016), Bureau 101, Bâtiment SN2 Université de Lille 1 59655 Villeneuve d'Ascq Cedex Tel: 03 20 43 40 24 Fax: 03 20 43 69 79 e-mail: [email protected] http://www.univ-lille1.fr/gepv Enseignements • 24 heures de cours • 26 heures de TD d'applications (exercices) Supports de cours conçus par Xavier Vekemans, modifiés par Joël Cuguen (UMR 8016) 03-2007

Génétique des populations

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149 pages. Support de cours de génétique médiacle. Joël Cuguen, labo de Génétique et évolution des Populations, université Lille 1. La définition n'est pas très bonne.

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Page 1: Génétique des populations

Génétique 2 BOP – S4Génétique des populations

Génétique 2 BOP – S4Génétique des populations

Joël CuguenLaboratoire de Génétique et Evolution des Populations Végétales(UMR CNRS 8016), Bureau 101, Bâtiment SN2Université de Lille 159655 Villeneuve d'Ascq CedexTel: 03 20 43 40 24Fax: 03 20 43 69 79e-mail: [email protected]://www.univ-lille1.fr/gepv

Enseignements• 24 heures de cours• 26 heures de TD d'applications (exercices)

Supports de cours conçus par Xavier Vekemans, modifiés par Joël Cuguen (UMR 8016)03-2007

Page 2: Génétique des populations

Ouvrages de référenceOuvrages de référence

Ouvrages spécialisés• Henry, JP et PH Gouyon 2003. Précis de Génétique des

Populations avec exercices corrigés, Dunod• Serre, JL 1997. Génétique des Populations, Nathan• Hartl, DL 1994. Génétique des Populations, Flammarion

Ouvrages généraux• Ridley, M 1997. Evolution Biologique, De Boeck• Gouyon PH et coll. 1997. Les Avatars du Gène, Belin

Page 3: Génétique des populations

Eléments de génétique des populations

Eléments de génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?La diversité génétique et son évaluation dans les populationsPrincipe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-WeinbergLes écarts à la panmixieLes forces évolutives:

Mutation, migration, sélection et dérive

Page 4: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

Définit° Génétique: discipline qui étudie la transmission de l'information héréditaire et son utilisation dans le développement et le fonctionnement des organismes– Comment et pourquoi l'information génétique évolue t'elle au cours

du temps au sein des espèces et des populations?Génétique des populations

Page 5: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

Historiquement une synthèse entre1. Application des lois de la génétique de la

transmission

2. Application de la théorie de l'évolution et de la sélection naturelle:– Évolution biologique– Évolution par sélection des individus les

plus adaptés

caractères à déterminisme simple

G. Mendel

Charles Darwin

caractères à distribution continue (quantitatifs: nbre graines, vigueur mâles )

Page 6: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

• Information génétique →locus → plusieurs états alléliques distincts• Variation génétique s'exprime par les fréquences (proportions)

relatives des différents allèles• Evolution agit sur des populations d'individus (groupe d'individus

susceptibles de se reproduire entre eux à court terme)

• Evolution se traduit par une variation des fréquences alléliques dans les populations au cours du temps

• Forces évolutives: processus qui agissent sur les changements de fréquences alléliques

Les fondements de la génétique des populations: la diversitégénétique

Page 7: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?

Qu'est-ce que la génétique des populations?

Impact du système de reproduction: ouvert / ferméForces évolutives:• mutation• migration• sélection naturelle• dérive génétique: processus évolutif de fluctuations aléatoires des

fréquences alléliques résultant d'un échantillonnage aléatoireparmi les gamètes– processus important dans les petites populations– force évolutive car changement des fréquences alléliques

Page 8: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

• Ronald Fisher: – Héritabilité des caractères quantitatifs →

compatibilité avec génétique Mendélienne– Grande population: inexorable de

fréquence des allèles favorisés par sélection naturelle

• J.B.S. Haldane:– Approche récursive: variation d'une

génération à l'autre des fréquences alléliques sous l'effet de différentes formes de sélection

• Sewall Wright:– Effets stochastiques dans petites populations

nouvelles combinaisons de gènes action de sélection naturelle

– Structuration de la diversité génétique et consanguinité

Théorie synthétique de l'évolution:1920-1930

Page 9: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?Objectifs →génétique des populations:

(1) Mesurer la variation génétique dans populations naturelles + décrire patron d'organisation de variation

(2) Expliquer origine, maintien et évolution de la variation génétique par l'effet des forces évolutives• J. Gillespie: Great Obsession des généticiens des populations:

"Quelle force évolutive est responsable du patron observé?"

(drongo, Dicrurus paradiseus, Mayr & Vaurie, 1948)

Page 10: Génétique des populations

Objectif 1: Mesurer variation génétiqueexple: Estimation des fréquences alléliques

Polymorphisme floral chez les Gueules-de-loup(Antirrhinum majus)

Corolle rouge: RRCorolle blanche: rrCorolle rose: Rr

• Echantillon de 400 plantes d‘une population:Rouges, n=165; Roses, n=190; Blanches, n=45

• P = fréquence de l'allèle R dans l’échantillon = (2x165+190)/800 = 0.65• Q = fréquence de l’allèle r dans l’échantillon = (190+2x45)/800 = 0.35

Vérification: P+Q = 0.65 + 0.35 = 1.00

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

Page 11: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

Objectif 1: Mesurer variation génétiqueDistinction entre paramètre et estimateur• Les modèles de génétique des populations décrivent l’évolution de quantités

décrivant la population dans son entièreté, quantités appelées paramètres • Les études empiriques mènent au calcul de quantités mesurées sur des

échantillons sensés représenter la population, quantités appelées estimateurs

Exemple des Gueules-de-loup:p = fréquence de l’allèle R dans la population = paramètre (valeur inconnue)<p> = estimateur de p = fréquence de l’allèle R dans l’échantillon =P = 0.65

Page 12: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?Objectif 2: Expliquer maintien de la variation génétiqueexple: Anémie à cellules falciformes chez l’homme (drépanocytose)• Anomalie génétique quasi-létale à l'état homozygote• Expression très variable de la maladie• Variant génétique de la chaîne β−hémoglobine à expression récessive:

– allèle normal→A; – allèle muté→S; – individus atteints→génotype SS.

Mic

rogr

aphi

e él

ectro

niqu

e de

glo

bule

s ro

uges

individu SS individu AA ou AS

(tiré

de G

riffit

hs e

t al.

2001

)

Page 13: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

Objectif 2: Expliquer maintien de la variation génétique exple: Anémie à cellules falciformes

• Répartition des fréquences de l'allèle S

>0.14

<0.02

(tiré

de R

idle

y, 1

997)

zones de forte fréquence de l'allèle S correspondent avec les régions d'endémisme de la malaria

Page 14: Génétique des populations

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

Objectif 2: Expliquer maintien de la variation génétique

exemple: Anémie à cellules falciformes

• Explication: Les individus hétérozygotes AS résistent mieux à la malaria (parasite des

globules rouges: Plasmodium falciparum) que les homozygotes AAéquilibre entre

– sélection en faveur de l'hétérozyg. AS fréq(S)– sélection contre l'homozyg. létal SS fréq(S)

Anopheles: vecteur du Plasmodium

Page 15: Génétique des populations

• Difficultés conceptuelles de la génétique des populations– Discipline essentiellement quantitative: quantification de la

variation génétique; modélisation de l'effet d'une force évolutive sur les fréquences alléliques

– Changements évolutifs graduels :• Echelle de temps évolutive: les modifications des fréquences

alléliques se réalisent → échelle centaine ou milliers de générations• Avantages adaptatifs souvent très faibles: difficile à mettre en

évidence expérimentalement

– Paradoxe:• Evolution agit via la sélection sur des phénotypes à déterminisme

génétique complexe• Modèles théoriques simples → évolution de caractères à

déterminisme simple• Génétique des traits quantitatifs

Qu'est-ce que la génétique des populations?Qu'est-ce que la génétique des populations?

Page 16: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique

• Jusque dans les années 60: marqueurs phénotypiques(drosophile, couleur fleurs,…) ou sérologiques (ABO, rhésus,…)

• Années 60: découverte des allozymes– séparation électrophorétique des protéines– coloration histochimique des enzymes

(tiré

de H

artl,

199

4)

Page 17: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique

• Allozymes: formes moléculaires distinctes d’un enzyme chez un même organisme et ayant la même activité catalytique

• Origine des allozymes: mutations changement d’acide aminé qui affecte la charge totale de la protéine sans affecter le site catalytique (± neutre)

(tiré de Hedrick, 2000; Lap= Leucine amino-peptidase; 2 locus distincts Lap-1 et Lap-2)

Allozymes Gel obtenu après coloration histochimique

Page 18: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique

Allozymes: Relation phénotype génotype

• Phénotype = nombre/position relative des bandes• Isoenzymes ≡ codés par des locus différents• Allozymes ≡ différents allèles au même locus

f

s s−

f+

x

Génotype FF x SS FSPhénotype f s f s

codominance

f→"fast"s→"slow"

Page 19: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique

Allozymes: Calcul des fréquences alléliques

• Echantillon de 9 individus (18 copies d'allèles)– génotypes FF: 3– génotypes FS: 4– génotypes SS: 2

• Fréquence de l'allèle F: <p> = (3x2+4)/18 = 0.56• Fréquence de l'allèle S: <q> = (4+2x2)/18 = 0.44

Page 20: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique• Années 70: outils moléculaires → ADN

– Utilisation des enzymes de restriction

Fréq. moy. coupure1/256 p.b. (=1/44)

1/4096 p.b. (=1/46)

Page 21: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique• Années 70: outils moléculaires → ADN

– clivage de l'ADN par enzymes de restriction– procédure "Southern Blot"– hybridation avec sonde radioactive

Marqueurs RFLP ("Restriction fragment length polymorphism" = polymorphisme de longueur des fragments de restriction)

(tiré de Hartl, 1994)

Page 22: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique

Marqueurs RFLP

Etapes expérimentales:1. EXTRACT° ADN NUCLEAIRE

2. DIGESTION PAR ENZYMEDE RESTRICTION

3. ELECTROPHORESE HORIZONTALESUR GEL D'AGAROSE

4. SOUTHERN BLOT(Transfert sur membrane de nitrocellulose)

5. HYBRIDAT° AVEC SONDE-ADN (Fragments d'ADN de la séquencerecherchée marqués par radioactivité)

6. AUTORADIOGRAPHIE(Exposition à un film X-ray)

Résultats:1. quelques longs fragments

(20-100 Kb)

2. nombreux fragments de taille variable

3. fragments séparés par leur PM (trop de bandes)

4. fragments d'ADN simple- brin aux positions correspondantes

5. seuls fragments avec séquence correspondante s'hybrident avec la sonde

6. fragments visualisés par présence de bandes

Page 23: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique

Marqueurs RFLP• Relation phénotype génotype

– Sonde-ADN: fragment d'ADN marqué (radioactif/fluorescent) simple-brincorrespondant à une séquence non répétée du génome (gène connu, ou anonyme)

– Polymorphisme de présence/absence d'un site de restriction (mutation du site de reconnaissance) polymorphisme du nombre et taille des bandes observée

– Plusieurs marqueurs différentes combinaisons enzyme/sonde

X X X

X X X

X

_

+

sites de restriction

ce fragment ne s'hybridepas à sonde

sonde-ADN

Page 24: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique

→ marqueurs co-dominants• Utilisés pour les 1ère cartes génétiques fines• Utilisés pour "DNA-fingerprinting": identification de criminels,…• Utilisés pour reconstructions phylogénétiques, estimation de variation génétique

(tiré

de H

artl,

199

4)

Marqueurs RFLP Relation phénotype génotype

Page 25: Génétique des populations

Méthodes de détection de la variation génétiqueMéthodes de détection de la variation génétique

• Années 80-…: amplification PCR à partir d'ADN ou d'ARN (→ cDNA)– Marqueurs microsatellites (locus = répétition d'un motif simple)– Marqueurs AFLP ("Amplified Fragment Length Polymorphism")– Séquençage d'ADN SNPs ("Single Nucleotide Polymorphism")– …

Page 26: Génétique des populations

Polymorphisme génétiquePolymorphisme génétique• Marqueurs génétiques (allozymes, RFLP) quantification du

polymorphisme génétique (= variation génétique)• Déf.: un locus est dit polymorphe dans une population si fréquence

de l'allèle le + commun < 0.95 (ou 0.99); sinon le locus est dit monomorphe

exclusion des allèles rares (fréq. < 0.005) souvent délétères et voués àdisparaître

• Quantification du polymorphisme:– <P> = proportion de locus polymorphes dans un échantillon– Fréquences alléliques pour les locus polymorphes– Indices de diversité basés sur les fréquences des allèles (par ex Indice

de Nei; He= 2pq)

Page 27: Génétique des populations

Polymorphisme génétiquePolymorphisme génétique

important polymorphisme des allozymes• polymorphisme neutre? • surprise pour les "sélectionnistes" (sélect° naturelle censée éliminer variation)

(tiré

de H

artl,

199

4)

Polymorphisme des allozymes Synthèse de Nevo (1978)sur 243 espèces

Page 28: Génétique des populations

Polymorphisme génétiquePolymorphisme génétiquePolymorphisme des allozymes• Effet de la "forme de vie" chez les plantes: étude comparée du

polymorphisme des allozymes chez 473 espèces végétales (Hamrick & Godt, 1989, in Plant population genetics, breeding, and genetic resources, Brown et al. ed., Sinauer, Sunderland)

Forme de vie Nombre d'espèces

P He

Annuelle 187 30.2% ± 1.9% 0.105 ± 0.008

Pérenne herbacée

159 28.0% ± 1.8% 0.096 ± 0.008

Pérenne ligneuse 115 50.0% ± 2.5% 0.149 ± 0.009

arbres = espèces végétales les plus variables génétiquement

Page 29: Génétique des populations

Polymorphisme génétiquePolymorphisme génétique

Polymorphisme des allozymes• Polymorphisme fréquent mais pas universel: exemple du guépard

Acinonynx jubatus ("cheetah") - O'Brien et al. 1987 PNAS 84:508-511– Echantillon de 98 individus typés pour 49 allozymes

<P> = 0.02 et <He> = 0.0004goulot d'étranglement historique (10.000 B.P.)perte de variation génétiqueperte de sa capacité évolutive?

Page 30: Génétique des populations

Organisation de la variation génétique: distribution des gènes dans les populations

Organisation de la variation génétique: distribution des gènes dans les populations

Modèle de population "idéalisée"

Principe de Hardy-Weinberg

Application du principe de Hardy-Weinberg

Liaison génétique et déséquilibre de liaison

Page 31: Génétique des populations

Modèle de population "idéalisée"Modèle de population "idéalisée"• Hypothèses du modèle de population de Hardy-Weinberg

– organisme diploïde– reproduction sexuée– générations non chevauchantes– locus considéré possède 2 allèles– fréquences alléliques identiques chez les individus mâles et femelles– panmixie p/r locus considéré– population de très grande taille (∞)– migration entre populations négligeable– mutation négligeable– sélection naturelle n'agit pas au locus considéré

Page 32: Génétique des populations

Modèle de population "idéalisée"Modèle de population "idéalisée"• déf. Population : groupe d'individus de la même espèce vivant dans une aire

géographique suffisamment restreinte pour permettre potentiellement à tout membre de se reproduire avec tout autre membre du groupe: unité de reproduction

• Exemples:– Les éléphants d'un parc national africain– Les chênes d'un massif forestier (pollen à large dispersion anémogame)– Les individus d'une espèce de parasite intestinal, présents chez un seul individu hôte

• Synonymes: population locale, dème, sous-population (→ "population" = espèce)

Page 33: Génétique des populations

Modèle de population "idéalisée"Modèle de population "idéalisée"

• Hypothèse de panmixie:– lors de la reproduction, les croisements s'effectuent au hasard pour

les génotypes considérés– double hypothèse:

1. les couples reproducteurs s'unissent au hasard (panmixie sensu stricto)2. les gamètes produits s'associent au hasard (pangamie)

probabilité de se croiser avec un individu de génotype donné = fréquence de ce génotype dans la population

Exemple: locus Lap-1 chez les Lillois: 4% FF; 32% FS; 64% SSSi panmixie, en moyenne une Lilloise, indépendamment de son génotype Lap-1,

va choisir pour se reproduire (si elle choisit un partenaire Lillois):– partenaire FF avec 1 chance sur 25– partenaire FS avec 8 chances sur 25– partenaire SS avec 16 chances sur 25

Page 34: Génétique des populations

Modèle de population "idéalisée"Modèle de population "idéalisée"

• Hypothèse de panmixie:– Panmixie relative au caractère considéré: une même population peut

se reproduire de manière• panmictique p/r à un caractère (locus Lap-1)• non aléatoire p/r à un autre caractère (couleur peau, taille, couleur fleur,…)

– écart à la panmixie consanguinité :• autofécondation: 2 partenaires génétiquement identiques• croisements entre cousins: 2 partenaires plus similaires génétiquement que 2

individus choisis au hasard

Page 35: Génétique des populations

Modèle de population "idéalisée"Modèle de population "idéalisée"• Hypothèse de générations non chevauchantes (discrètes):

– cycle de reproduction simple: individus de chaque génération meurent avant la naissance des membres génération suivante

– exemple: plante annuelle (blé, plantes adventices, …); insectes; …– approximation souvent satisfaisante même pour des espèces à cycle reproductif +

complexe (Homme: évitement consanguinité, temps de génération moyen comme unité de temps)

(tiré

de H

artl,

199

4)

Page 36: Génétique des populations

Modèle de population "idéalisée"Modèle de population "idéalisée"• Hypothèses du modèle de population de Hardy-Weinberg

(tiré

de S

olig

nac

et a

l. 19

95)

Page 37: Génétique des populations

Organisation de la variation génétique: distribution des gènes dans les populations

Organisation de la variation génétique: distribution des gènes dans les populations

Modèle de population "idéalisée"

Principe de Hardy-Weinberg

Application du principe de Hardy-Weinberg

Liaison génétique et déséquilibre de liaison

Page 38: Génétique des populations

Principe de Hardy-WeinbergPrincipe de Hardy-Weinberg• Formulé en 1908 indépendamment par:

– G.H. Hardy (1877-1947): mathématicien anglais– W. Weinberg (1862-1937): physiologiste allemand

• Si les hypothèses du modèle de Hardy-Weinberg sont respectées, on peut prédire exactement les fréquences génotypiques à partir des fréquences alléliques de la population– Fréquences alléliques: A (p); a (q = 1-p)– Fréquences génotypiques: AA (P); Aa (Q); aa (R)

H-W: AA→p2 Aa→2pq aa→q2

Clé: association des gamètes pour formation des zygotes = événements indépendants développement du binôme:

(p A + q a)2 = p2 AA + 2pq Aa + q2 aa

Page 39: Génétique des populations

Principe de Hardy-WeinbergPrincipe de Hardy-WeinbergFréquences alléliques: A (→p); a (→q = 1-p)Fréquences génotypiques: AA (P); Aa (Q); aa (R)

H-W: AA→p2 Aa→2pq aa→q2

{(p A + q a)2 = p2 AA + 2pq Aa + q2 aa}

→ événementsindépendants!

(tiré de Hartl, 1994)

Page 40: Génétique des populations

Principe de Hardy-WeinbergPrincipe de Hardy-Weinberg• Le principe de Hardy-Weinberg découle du fait que la reproduction

aléatoire entre génotypes est équivalente à l'union au hasard des gamètes

Les valeurs de P', Q' et R' ne dépendent pas de P, Q, et R !fréquences génotypiques de H-W atteintes en 1 génération!

(tiré de Hartl, 1994)

Page 41: Génétique des populations

Principe de Hardy-WeinbergPrincipe de Hardy-Weinberg• Implications du principe de Hardy-Weinberg:

– Une seule génération de panmixie suffit pour atteindre les fréquences génotypiques de Hardy-Weinberg (en général)

– Selon les hypothèses du modèle de Hardy-Weinberg, les fréquences alléliques restent constantes absence d'évolution au locus considéré

maintien du polymorphisme génétique

fréq.(A): p' = P'+Q'/2 = p2+2pq/2 = p(p+q) = p

– Base pour élaboration de modèles + complexes: séparation en 2 phases• gamètes zygotes (fréquences génotypiques à naissance

déterminées par H-W si panmixie inchangé)• zygotes adultes (ajouter effet de sélection ou de la migration)

changement des fréquences alléliques

Page 42: Génétique des populations

Organisation de la variation génétique: distribution des gènes dans les populations

Organisation de la variation génétique: distribution des gènes dans les populations

Modèle de population "idéalisée"

Principe de Hardy-Weinberg

Application du principe de Hardy-Weinberg

Liaison génétique et déséquilibre de liaison

Page 43: Génétique des populations

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg• Vérification de l'hypothèse panmictique dans les populations

humaines: groupes sanguins MN dans 3 populations nord-américaines

Pop. MM MN NN total Fréq. M Fréq. N

Afro- N obs. 79 138 61 278 0.5324 0.4676Amer. Fr. H-W 0.2834 0.4979 0.2187

N H-W 78.8 138.4 60.8Europ- N obs. 1787 3039 1303 6129 0.5395 0.4605Amer. Fr. H-W 0.2910 0.4967 0.2120

N H-W 1783.8 3045.4 1299.8Native N obs. 123 72 10 205 0.7756 0.2244Amer. Fr. H-W 0.6016 0.3481 0.0503

N H-W 123.3 71.4 10.3

hypothèse panmictique est remarquablement bien adaptée aux populations allogames!

Page 44: Génétique des populations

fréquence de l’allèle a

fréq

uenc

es d

es g

énot

ypes

aaAA

Aa

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg• Hétérozygotie (fréquence d'individus hétérozygotes):

– Ho = fréquence d'individus hétérozygotes→ mesure du polymorphisme génétique

– Si hypothèse de H-W Ho peut être déduit à partir des fréq. alléliques:Ho = He = 2pq (He: hétérozygotie attendue selon Hardy-Weinberg)

(tiré

de R

idle

y, 1

993)

Page 45: Génétique des populations

fréquence de l’allèle a

fréq

uenc

es d

es g

énot

ypes

aaAA

Aa

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg

Hétérozygotie et mutations délétères récessives:

• a: mutation délétère récessive (fréq = q)

• Fréq(a) fréq(aa) plus vite que fréq(Aa)

Les allèles rares sont principalement trouvés chez les hétérozygotes

•Hétéroz/Homoz = 2pq/q2

=2(1-q)/q=(2/q)-2 ≈ 2/qphénotype [a] quasi non exprimé (tiré de Ridley, 1993)

Page 46: Génétique des populations

• Hétérozygotie et mutations délétères récessives:– a: mutation délétère récessive (fréq = q)

Hétéroz/Homoz ≈ 2/qphénotype [a] quasi non exprimé

– Exemple: mucoviscidose (anomalie sécrétions glandulaires troubles digestifs et respiratoires,…)

• lié à allèle récessif a• incidence de maladie: 1/2500 (génotype aa)

• fréq.(hétérozygotes Aa) = 2pq = 2.(1-0.02).0.02 = 0.039 ≈ 1/25Une personne sur 25 est porteuse de l'allèle délétère alors que seulement une personne sur 2500 présente la maladie facteur (100)!Dépistage systématique lors grossesse (par PCR)

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg

02.02500/1 ===>< Qq

Page 47: Génétique des populations

Locus à trois allèles ou plus:• Allèles A1, A2, A3; fréq. alléliques: p1, p2, p3

• Génotypes homozygotes: AiAi→pi2; A1A1→p1

2 ; A2A2→p22 ; A3A3→p3

2

• Gén.hétérozygotes: AiAj→2pipj ;A1A2→2p1p2 ;A1A3→2p1p3 ;A2A3→2p2p3

• expansion de (p1A1+p2A2+p3A3)2

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg

(tiré de Hartl, 1997)

∑−=i

ie pH 21

Page 48: Génétique des populations

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-WeinbergGènes → chromosomes sexuels:• chromosome X: nombreux gènes; chromosome Y: très peu de gènes• Gène lié au X: 2 allèles A et a

– ind. ♀: 3 génotypes → AA, Aa, et aa ; ind. ♂: 2 génotypes → A et a

• ♀: fréquences génotypiques Hardy-Weinberg• ♂: fréq. génotypiques = fréq. alléliques

(tiré de Hartl, 1994)

Page 49: Génétique des populations

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg• Gènes → chromosomes sexuels:

– ♀: fréquences génotypiques Hardy-Weinberg– ♂: fréq. génotypiques = fréq. alléliques

Phénotype allèle récessif plus fréquent chez les ♂– exemple: daltonisme de type "vert"

allèle récessif a de fréquence q = 0.05 • ♂ daltoniens (gén. a): fréq. = q = 0.05• ♀ daltoniennes (gén. aa): fréq. = q2 = 0.0025

• rapport ♂/♀ daltoniens = q/q2 = 1/q = 20

20 fois plus de ♂ atteints

Page 50: Génétique des populations

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg• Complications liées à la dominance:

– 2 allèles: A → p et a → q– 2 phénotypes: [A]→P et [a]→Q– 3 génotypes: AA, Aa, et aa

Sous l'hypothèse H-W: • P→ p2+2pq• Q→ q2 <p> = 1 - <q>• AA: p2 ; Aa: 2pq; aa: q2

• Exemple 1: mélanisme industriel chez les papillons de nuit; allèle dominant menant au mélanisme camouflage sur écorces noircies par pollution

Qq =><

Page 51: Génétique des populations

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg

• Mélanisme industriel chez Biston betularia(ti

réde

Har

tl&

Cla

rk, 1

997)

Page 52: Génétique des populations

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg• Mélanisme industriel chez Biston

betularia dans la région de Liverpool

(tiré

de H

edric

k, 1

999)

Page 53: Génétique des populations

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg• Fréquence de formes mélaniques dans échantillon de chenilles

de Biston betularia près de Birmingham: 87%– Chercher: (1) fréquence allèle "mélanisme" et (2) proportion de

formes mélaniques présentes à l'état hétérozygote

(1)• 2 phénotypes: [A]→P et [a] →Q• Forme mélanique = dominante

Q = 1-0.87 = 0.13 or<q> = 0.36 <p> = 0.64

(2)• Fréq(AA): p2 = 0.41 (mélaniques homoz.)• Fréq(Aa): 2pq = 0.46 (mélan. hétéroz.) (Vérif.: 0.41+0.46 = 0.87!)

• Proportion hétérozygotes: 0.46/0.87 = 52.9%

Qq =><

Page 54: Génétique des populations

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg

• Complications liées à la dominance:– Exemple 2: facteur Rhésus Rho chez l'homme

• 2 allèles: D et d• D est dominant• 2 phénotypes: [+] (DD ou Dd) et [–] (dd)• Europe occidentale: fréq([+]) = 85.8% ;

fréq([–]) = 14.2%

fréq(d) = 0.38 et fréq(D) = 0.62

• Population Basque: fréq(d) = 0.65 (record!)

Qq =><

Page 55: Génétique des populations

• Hétérozygotie et mutations délétères récessives:– a: mutation délétère récessive (fréq = q)

Hétéroz/Homoz ≈ 2/qphénotype [a] quasi non exprimé

– Exemple: mucoviscidose (anomalie sécrétions glandulaires troubles digestifs et respiratoires,…)

• lié à allèle récessif a• incidence de maladie: 1/2500 (génotype aa)

• fréq.(hétérozygotes Aa) = 2pq = 2.(1-0.02).0.02 = 0.039 ≈ 1/25Une personne sur 25 est porteuse de l'allèle délétère alors que seulement une personne sur 2500 présente la maladie facteur (100)!Dépistage systématique lors grossesse (par PCR)

Application du principe de Hardy-WeinbergApplication du principe de Hardy-Weinberg

02.02500/1 ===>< Qq

Page 56: Génétique des populations

Les écarts à la panmixieLes écarts à la panmixie

• Rencontre non aléatoire des génotypes et gamètes p/r phénotype:– reproduction entre individus semblables phénotypiquement: homogamie

(choix préférentiel du partenaire selon la taille, la couleur, les ornements,…)– reproduction entre individus phénotypiquement différents: hétérogamie

(sexe des individus, hétérostylie et autoincompatibilité chez les plantes,…)

• Partenaires génétiquement apparentés consanguinité– reproduction entre cousins germains chez l'homme– accouplements entre frères et sœurs chez certains insectes (Blastophage du figuier)– autofécondation chez certaines plantes (et mollusques) hermaphrodites– reproduction au sein de sous-groupes différenciés génétiquement (ethniques,

géographiques)

Page 57: Génétique des populations

L'homogamie totaleL'homogamie totale• Reproduction entre individus semblables phénotypiquement: homogamie

(choix préférentiel du partenaire selon la taille, la couleur, les ornements,…)• L'effet principal de l'homogamie → réduction de l'hétérozygotie observée p/r

valeur attendue en panmixie pour les gènes en relation avec le caractère qui intervient dans le choix de partenaire

Génotype AA Aa aa

Fréq. gén. (t) P H Q

Homogamie AA x AA Aa x Aa aa x aa

AA ½ Aa aa

Fréq. gén. (t+1) P + ¼ H ½ H Q + ¼ H

¼ AA ¼ aa

Homogamie et fréquences génotypiques

Page 58: Génétique des populations

L'homogamie totaleL'homogamie totale

• Effet de l'homogamie totale:– de moitié de l'hétérozygotie observée à chaque génération– fréq. alléliques inchangées: p' = p

disparition progressive des hétérozygotes au profit des homozygotes

– Ne concerne que les génotypes des gènes associés au caractère impliqué dans le choix de partenaire (et les gènes qui leur sont liés): effet génomique local

Page 59: Génétique des populations

La consanguinitéLa consanguinité• Effet de l'autofécondation:

– de moitié de l'hétérozygosité observée à chaque génération• si H0 = hétéroz. observée à génération initiale t = 0

Ht = (½)t x H0: disparition totale des hétérozygotesla consanguinité augmente jusqu'à son maximum

Le déficit en hétérozygote / panmixie concerne l'ensemble du génome

• Régime mixte de reproduction: ("mixed mating system")– chaque individu: proportion s des ovules autofécondés,

proportion t = 1-s des ovules allofécondés– La consanguinité sera partielle

Page 60: Génétique des populations

La consanguinitéLa consanguinité• Conséquences génétiques de la consanguinité:

– réduction de l'hétérozygosité augmentation de l'homozygotie– Homozygotie pour des allèles récessifs délétères expression des

mutations délétères dépression de consanguinité

homozygotes auchromosome 2

hétérozygotes auchromosome 2

Expérience chez la Drosophile:croisements menant à la productiond'individus homozygotes pour lechromosome 2

(tiré de Hartl & Clark, 1997)

Page 61: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: les sources de la variationMécanismes évolutifs: les sources de la variation

La mutation

La recombinaison

La migration

Page 62: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: les sources de la variationMécanismes évolutifs: les sources de la variation

La mutation

La recombinaison

La migration

Page 63: Génétique des populations

La mutationLa mutation

• Mutation = source fondamentale de variation génétique :Mutation = changement héréditaire dans le matériel génétique– Mutations géniques: changements dans la séquence

nucléotidique: mutations ponctuelles, indels (insertions ou délétions d'une ou plusieurs paires de bases), transposons

– Mutations chromosomiques: réarrangements chromosomiques: inversions, translocation

– Mutations génomiques: polyploïdisations,...

Page 64: Génétique des populations

La mutationLa mutation

Distinguer:– mutation somatique / germinale chez les métazoaires– mutation neutre: sans impact différent sur le phénotype par

rapport aux autres allèles présents au sein d'une classe allélique(mutation silencieuse, neutre s.s.)

– favorable / délétère (dépend des conditions du milieu)

Page 65: Génétique des populations

La mutationLa mutation

• Mutation = évènement évolutif rare pour un gène donné et un individu donné :– 10-9 à 10-10 nouvelles mutations par nucléotide – 10-4 à 10-6 nouvelles mutations par copie de gène et par génération (u =

taux de mutation)• Force évolutive importante: flux continu d'introduction

d'innovation génétique– nombre de mutations/gén. = 2 N u non négligeable si la population

est grande (N ), ex: N=104, u=10-5, une nouvelle mutation par gène toutes les 5 générations

– nombre de gènes dans le génome est important: 20.000- 30 000 gènes chez homme si u=10-4, nombre mutations/gène/gamète = 2-3 en moyenne chaque nouveau-né possède 4-6 nouvelles mutations p/r parents pour l'ensemble de ses gènes

– Ex: 6.4 milliards d'humains en 2005, environ 140 millions de naissances par an, soit 500 à 800 millions de nouvelles mutations par an par génôme

Page 66: Génétique des populations

La mutationLa mutation• Devenir d'une nouvelle mutation:

– mutation défavorable: diminue en fréquence– mutation favorable: augmente en fréquence– mutation neutre

la nouvelle mutation va le plus souvent être éliminée de la population, ou parfois se substituer à l'allèle sauvage (fixation de l'allèle mutant) à cause d'effets stochastiques dans les petites populations (= dérive génique)

Temps

Fréq

uenc

es a

lléliq

ues

0

fixation d'un alllèle mutant

élimination d'un alllèle mutant

1

Page 67: Génétique des populations

La mutation dans une population finieLa mutation dans une population finie

• Devenir d'une nouvelle mutation neutre:– Fréquence initiale dans une pop diploïde de taille N: 1/2N– Pour chaque gamète tiré:

• Probabilité → nouvel allèle mutant: 1/2N• Probabilité → autre allèle: 1-(1/2N)

– Pour l'ensemble des 2N gamètes tirés → N nouveaux zygotes• Probabilité → nouvel allèle mutant ne soit jamais tiré (donc

perdu): loi de Poisson de paramètre λ=2Nq=1[1-(1/2N)]2N ≈ 1/e = 0.368 (R.A. Fisher, 1930)

forte probabilité de perdre le nouvel allèle mutant après 1 générat°• Dans les populations de petite taille, ∃ possibilité que le nouvel allèle

mutant ne soit pas éliminé (fixation):– Probabilité de fixation de l'allèle mutant: 1/2N

Page 68: Génétique des populations

• Effet de la dérive génétique sur une nouvelle mutation:– La fixation ultime d'un nouvel allèle mutant correspond à

l'extinction de toutes les lignées généalogiques ne portant pas initialement cet allèle mutant

(tiré

de H

artl

& C

lark

, 199

7)

allèle mutant en 1 exemplaire

fixation de l'allèle mutant

Probabilité que ce soitla lignée généalogiquede l'allèle mutant qui sefixe = 1/nbre ancêtres= 1/2N

La mutation dans une population finieLa mutation dans une population finie

Page 69: Génétique des populations

• Effet de la dérive génétique sur une nouvelle mutation:

(tiré

de H

artl

& C

lark

, 199

7)

Elimination Fixation

substitution

La mutation dans une population finieLa mutation dans une population finie

Page 70: Génétique des populations

• Devenir d'une mutation et équilibre entre mutation et dérive génétique:– Hypothèse fondamentale des dérivations présentées: les

mutations envisagées sont sélectivement neutres (seule la dérive génétique agit en plus de la mutation)

– Théorie neutraliste de l'évolution moléculaire (Kimura 1968): fait l'hypothèse qu'une grande majorité des polymorphismes génétiques moléculaires résulte de l'évolution par dérive génétique d'allèles mutants sélectivement neutres

• exemple: ADN non codant; 3ème position des codons (mutation synonymes); remplacement d'acides aminés hors du site actif d'un enzyme

– Mutations non neutres: dynamique éventuellement fort différente car soumises au crible de la sélection

La mutation dans une population finieLa mutation dans une population finie

Page 71: Génétique des populations

La mutation dans une grande populationLa mutation dans une grande populationCas des mutations récurrentes• Soit u le taux de mutation de l'allèle A1 vers A2 (10-4-10-6), et v

le taux de mutation reverse (A2 vers A1, généralement plus faible, 10-7-10-9)

• A la génération suivante:pt = pt-1 – upt-1 + v(1-pt-1)

• On définit la pression de mutation comme la différence de fréquences allélique due à cette force évolutive

soit Δpu = pt- pt-1 et après remplacement:Δpu = - upt-1 + v(1-pt-1)

Page 72: Génétique des populations

La mutation dans une grande populationLa mutation dans une grande populationΔpu = - upt-1 + v(1-pt-1)

• Recherche de l'équilibre: Δpu = 0 Pour u=10-5 et v=10-8, p* = 10-3, perte récurrente de A1

• Si pas de mutation reverse: perte totale de A1

• Combien de temps?

Pour diminuer la fréquence de A1 de moitié il fautgénérations

soit environ 70 000 générations pour u = 10-5, c'est à dire environ 1.4 millions d'années chez l'homme!

vuvp+

=*

uuLogLogt 7.0

)1()2(

≈−

−=

0)1( pup tt −=

Page 73: Génétique des populations

La mutationLa mutation

• Source continue d'innovation génétique• Introduit un flux de mutations neutres, favorables ou

délétères selon l'environnement• Mais force évolutive peu efficace pour un changement des

fréquences alléliques

Page 74: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: les sources de la variationMécanismes évolutifs: les sources de la variation

La mutation

La recombinaison

La migration

Page 75: Génétique des populations

La recombinaisonLa recombinaison

• La recombinaison génère de la variation génétique en produisant différentes combinaisons d'allèles appartenant à des locus différents– locus sur des chromosomes ≠ : effet de la ségrégation

Mendélienne– locus sur le même chromosome: effet du crossing-over

Exemple: augmentation de la vitesse d'évolution chez les organismes à reproduction sexuée par rapport aux organismes àreproduction asexuée→ production rapide de génotypes multilocus favorables

• La recombinaison génère aussi de nouveaux allèles par recombinaison intragénique

Page 76: Génétique des populations

La recombinaisonLa recombinaison• Exemple: augmentation de la vitesse d'évolution chez les organismes à

reproduction sexuée par rapport aux organismes à reproduction asexuée→ production rapide de génotypes multilocus favorables

(tiré

de M

ayna

rd S

mith

199

8)

Evolution de mutations favorables aux locus A, B et C dans 1 pop.

Page 77: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: les sources de la variationMécanismes évolutifs: les sources de la variation

La mutation

La recombinaison

La migration

Page 78: Génétique des populations

La migrationLa migration

• Migration: – sens strict: mouvement des organismes entre populations– sens large: mouvement des gènes entre populations (flux de gène)

• animaux: mouvement des individus, des gamètes en milieu aquatique

• plantes: mouvement des graines et du pollen

Page 79: Génétique des populations

La migrationLa migration• Modèle de migration: Modèle "continent–île"

– Une grande population dont la composition génétique ne change pas– Une population plus petite qui reçoit des migrants à chaque

génération en proportion m = taux de migration, qui viennent y remplacer une fraction m des gènes de la population

– Un locus, 2 allèles A et a, en fréquences p et q sur le continent, et piet qi sur l'île

Page 80: Génétique des populations

La migrationLa migration• Effet de la migration dans un modèle "continent-île":

– Evolution de fréquence d'un allèle A, de fréquence pi dans la population de l'île

– Au temps t, la fréquence de A = pit

– Probabilité [1 copie de gène tirée dans la pop. au temps t → allèle A]:• copie de gène résidente: (1-m) pit-1

• copie de gène immigrante: mp

• Le changement génétique dépend de l'intensité de la migration et de l'écart entre les fréquences alléliques

• si pi0 = fréquence initiale de l'allèle a dans la population de l'île:

• limt→∞ pit : convergence fréq. alléliques

)(et )1( 11 −− −=Δ+−= itmitit ppmpmppmp

)()1( 0 ppmpp it

it −−+=

ppit =

Page 81: Génétique des populations

La migrationLa migration• Effet de la migration dans un modèle "continent-île":

– Evolution de fréquence d'un allèle A, de fréquence pi dans la population de l'île:

– Exemple: 5 populations de fréq. allélique initiales: 1; 0.75; 0.5; 0.25; 0avec et m = 0.10

)()1( 0 ppmpp it

it −−+=

(tiré

de H

artl,

199

4)

5.0=p

Page 82: Génétique des populations

La migrationLa migration

• Combien de temps?

Pour diminuer l’écart de fréquence de A1 de moitié il fautgénérations

soit environ 70 générations pour m = 10-2,

)()1()( 00 ppmpp it

t −−=−

mmLogLogt 7.0

)1()2(

≈−

−=

Page 83: Génétique des populations

La migrationLa migration• Modèle de migration: Modèle "en île" (ou "en archipel")

– n populations de taille N chacune (taille de pop. totale = n x N)– migration aléatoire entre toutes les populations composition

génétique des immigrants (entrant) dans 1 pop. = composition génétique moyenne dans l'archipel (population totale)

– proportion d'individus immigrant dans 1 population par génération = m = taux de migration (nombre d'immigrants dans 1 pop.= N x m)

N

N

Nm/2

m/2

Page 84: Génétique des populations

La migrationLa migration• Effet de la migration dans un modèle "en archipel":

– N très grand dérive génétique dans les populations négligeable– Pour une population donnée, à la génération t,

où est la fréquence moyenne de A sur l'ensemble de l'archipel

• Homogénéisation progressive des fréquences alléliques des populations de l'archipel

pmpmp tt +−= −1)1(

p

)()1( 0 ppmpp it

it −−+=

Page 85: Génétique des populations

La migrationLa migration• Effet de la migration dans un modèle en archipel:

Exemple: populations humaines au SoudanMatrice de migration (estimations de m) entre les 3 populations

(tiré de Hedrick, 2000)

La plupart des individus ne quittent pas leur population d'origine (98%)

Page 86: Génétique des populations

La migrationLa migration• Effet de la migration dans un modèle en île:

Exemple: populations humaines au SoudanEvolution de la fréquence de l'allèle M (groupe sanguin MN)

(tiré

de H

edric

k, 2

000)

Page 87: Génétique des populations

La migrationLa migration

• Patrons de migration:– Nature: migration selon modèle en île strict est rarement

observé– Source de migrants → souvent parmi les populations les plus

géographiquement proches variations géographiques des fréquences alléliques: modèle "stepping stone" (Kimura &Weiss, 1964)

• Exemple: formes mélaniques des papillons de nuit– Biston betularia: faibles densités de population migration

sur grandes distances– Gonodontis bidentata: fortes densités de population

migration limitée dans l'espace

Page 88: Génétique des populations

Modèles de structure spatiale de populationsModèles de structure spatiale de populations

A. Continent – îlesB. « Island model » (Wright)C. Stepping-stone unidimensionnel (Kimura)D. Stepping-stone bidimensionnel (Kimura)

Page 89: Génétique des populations

La migrationLa migration

• Patrons de migration: Fréquence des formes mélaniquesBiston betularia Gonodontis bidentata

(tiré de Hartl & Clark, 1997)

Page 90: Génétique des populations

La migrationLa migration

• Force évolutive efficace car provoque des changements importants de fréquences alléliques

• Conduit à une homogénéisation des fréquences alléliques entre les populations

• Maintient la cohésion d'une espèce et s'oppose à la différenciation (et à la spéciation)

• Effets contradictoire pour l'adaptation– Permet l'arrivée locale de diversité génétique– S'oppose à la mise en place d'adaptation locale

Page 91: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: la sélection

Mécanismes évolutifs: la sélection

Les modes de sélection

Sélection chez les organismes haploïdes

Sélection chez les organismes diploïdes

Equilibre mutation-sélection

Page 92: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: la sélection

Mécanismes évolutifs: la sélection

Les modes de sélection

Sélection chez les organismes haploïdes

Sélection chez les organismes diploïdes

Equilibre mutation-sélection

Page 93: Génétique des populations

La sélection naturelleLa sélection naturelle

• Formulation de la sélection naturelle par Darwin, 1859, dans "L'origine des Espèces":

"Grâce à cette lutte pour la vie [et pour la reproduction], les variations, quelque faibles qu'elles soient et de quelque cause qu'elles proviennent, tendent à préserver les individus d'une espèce et se transmettentordinairement à leur descendance, pourvu qu'elles soient utiles à ces individus dans leurs rapports infiniment complexes avec les autres êtres organisés et avec les conditions physiques de la vie.

Les descendants auront, eux aussi, en vertu de ce fait, une plus grande chance de survivre, car, sur les individus d'une espèce quelconque nés périodiquement, un bien petit nombre peut survivre. J'ai donné à ce principe, en vertu duquel une variation si insignifiante qu'elle soit se conserve et se perpétue, si elle est utile, le nom de sélection naturelle, pour indiquer les rapports de cette sélection avec celle que l'homme peut accomplir."

Page 94: Génétique des populations

La sélection naturelleLa sélection naturelle

• Formulation moderne de la sélection naturelle:– Dans chaque espèce, plus de descendants sont produits que ce qui

pourra survivre et se reproduire– Les individus diffèrent par leur capacité à survivre et à se

reproduire, en partie en raison de leurs différences phénotypiques et en relation avec leurs caractéristiques génotypiques (la relation entre les deux pouvant être complexe)

– A chaque génération, les phénotypes et donc les génotypesfavorisant la survie et l'accès à la reproduction dans l'environnement actuel sont sur-représentés à l'âge de reproduction, et contribuent de façon disproportionnée à la descendance de la génération suivante

Page 95: Génétique des populations

La sélectionLa sélection

• Sélection naturelle = force évolutive changement des fréquences alléliques

– augmentation en fréquence des allèles qui améliorent la survie et la reproduction conduit à une meilleure adaptation (locale et temporaire) des organismes à leur environnement (force principale de l'évolution selon la théorie néo Darwinienne)

– différentes populations d'une espèce:• environnements très différents différenciation génétique des

populations liée à différentes adaptations (sélection divergente), pouvant mener à la spéciation

• environnements similaires effet homogénéisant de sélection s'opposant à la dérive génétique (sélection stabilisatrice)

Remarque: les conditions de l'environnement varient dans le temps (changements climatiques, anthropiques, compétiteurs, pathogènes,…): relativité de l'adaptation et de la notion de progrès évolutif!

Page 96: Génétique des populations

La sélectionLa sélection

• Quantification de l'effet de la sélection :– effet sur la survie: viabilités différentielles

• viabilité = probabilité qu'un individu survive depuis la fécondation jusqu'à l'âge reproducteur

– effet sur la capacité reproductive: fertilités différentielles• fertilité = espérance du nombre de descendants d'un individu

– Valeur sélective d'un génotype: valeur absolue du produit de sa viabilité par sa fertilité (ex. Valeur sélective de AA = WAA= 1.5; Waa = 1.0): Darwinian fitness

– Valeur sélective relative d'un génotype: viabilité x fertilité = valeur sélective relative par rapport à celle d'un génotype choisi comme référence (ex. wAA = 1.0; waa = 1.00/1.50=0.67)

Page 97: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: la sélection

Mécanismes évolutifs: la sélection

Les modes de sélection naturelle

Sélection chez les organismes haploïdes

Sélection chez les organismes diploïdes

Equilibre mutation-sélection

Page 98: Génétique des populations

Sélection chez les organismes haploïdesSélection chez les organismes haploïdes

• Modèle:– espèce bactérienne haploïde à reproduction asexuée– un locus à deux allèles, A et a– Ex: résistance à un antibiotique

GénotypeGénération t-1 A a

Fréquence avant sélection: pt-1 qt-1

Valeur sélective relative: w1 w2

Après sélection: pt-1w1 qt-1w2

Génération t: Normalisation

valeur sélective moyennedans la population

2111

21

2111

11 wqwp

wqqwqwp

wpptt

tt

tt

tt

−−

−−

+=

+=

Page 99: Génétique des populations

Sélection chez les organismes haploïdesSélection chez les organismes haploïdes

• Changement des fréquences alléliques:– fréquence de A à génération t : (p' ou pt)

– variation de p entre génération t et génération t-1: pression de sélection Δps = p'-p = pt - pt-1

• Limite du processus: quel est l'équilibre? Δps = 0Solutions: – triviales: p=0, q=0 ou w1 = w2 (neutralité)– selon le signe de Δps:

• Si w1 > w2, Δps>0 et l'allèle A envahira la population• Si w1 < w2, Δps<0 et l'allèle A disparaîtra de la population

211111 où ' wqwpw

wwppp tt

tt −−

− +===

( )w

wwpqps21 −=Δ

Page 100: Génétique des populations

Sélection chez les organismes haploïdesSélection chez les organismes haploïdes

En résumé, la pression de sélection chez les organismes haploïdes est une pression évolutive très puissante:

1. Elle peut modifier très rapidement la composition génétique d’une population

2. Un allèle létal sera par exemple éliminé en une seule génération

3. Un allèle avantageux (résistance aux antibiotiques chez une bactérie) sera très rapidement fixé

4. C’est une pression évolutive localement uniformisante: Pas de polymorphisme attendu localement à l’équilibre.

Page 101: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: la sélection

Mécanismes évolutifs: la sélection

Les modes de sélection naturelle

Sélection chez les organismes haploïdes

Sélection chez les organismes diploïdes

Equilibre mutation-sélection

Page 102: Génétique des populations

Sélection chez les organismes diploïdesSélection chez les organismes diploïdes• Modèle:

– modèle de Hardy-Weinberg avec panmixie pour un locus diallélique– sélection agit via les phénotypes sur les 3 génotypes produits– générations discrètes (non chevauchantes)

Génération t−1Fréquence avant sélection:Valeur sélective relative:Après sélection:

Normalisation

Génération t: Fréquence allélique

valeur sélective moyennedans population

Page 103: Génétique des populations

Sélection chez les organismes diploïdesSélection chez les organismes diploïdes

• Changement des fréquences alléliques:– fréquence de A et de a à la génération t : (p' ou pt, q')

– variation de p entre génération t et génération t-1: Δps = p'-p = pt - pt-1

wwqwqpq

wwqpwppp tttttt

t22

211211121111

21 ' ,' −−−−−− +

=+

==

( ) ( )[ ]

ss

s

pq

dpwd

wpq

wwwqwwppqp

Δ−=Δ

=−+−

=Δ 1945) (Wright, 2

22121211

Page 104: Génétique des populations

Sélection chez les organismes diploïdesSélection chez les organismes diploïdes

Devenir des fréquences alléliques: il va dépendre du signe de Δps:

• Si Δps est positif, la fréquence de l'allèle A augmente (et celle de a diminue)

• Si Δps est nul on se trouve à un équilibre• Si Δps est négatif, la fréquence de A diminue

Il faut analyser la variation de Δps pour les différents types de relations d'ordre entre les valeurs sélectives

Page 105: Génétique des populations

Sélection chez les organismes diploïdesSélection chez les organismes diploïdes

Les quatre différents types de sélection:Génotypes

AA Aa aa1. w11 ≥ w12 ≥ w22 : sélection directionnelle en faveur de A2. w11 ≤ w12 ≤ w22: sélection directionnelle en faveur de a3. w11 < w12 > w22 : sélection en faveur de l'hétérozygote

= superdominance4. w11 > w12 < w22 : sélection contre l'hétérozygote

= sous dominance (non traité)

Page 106: Génétique des populations

Sélection directionnelle: exemple de mutants chez la Drosophile

Sélection directionnelle: exemple de mutants chez la Drosophile

Phénotype curly Phénotype normal

Phénotype vestigial

Page 107: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelle

0333.05.0333.0667.021667.00333.05.0333.0667.0

2' 22

2

222

12112

222

12

×+×××+××+××

=++

+=

wqpqwwpwqpqwq

• Exemple: sélection directionnelle négative mutation "Curly" chez la Drosophile (ailes recourbées)– allèle "Curly" (Cy) dominant sur l'allèle sauvage (+) pour le phénotype des

ailes, codominant pour la viabilité• homozygotes Cy/Cy sont non viables w22 = 0• valeur sélective relative des hétérozygotes w12 = 0.5

– fréquence initiale des génotypes hétéroz. 1/3 [+], 2/3 [Cy], pas d'homozygotes "Curly" du fait de la létalité

• Changement des fréquences alléliques:– fréquence de Cy à génération t-1 = q = ½ x fréq.(Cy/+) = 0.333– prédiction à la génération t:

– q' = 0.167 fréq.(Cy/+) à gén. t = 2 x q' = 0.333

Page 108: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelle• Exemple: mutation "Curly" chez la Drosophile (ailes recourbées)

Élimination rapide de la mutationdélétère par sélection directionnelle

en faveur de l'allèle sauvageSélection purificatrice

Page 109: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelle

• Autre paramétrisation de la dominance et de l'effet sélectif d'un l'allèle:

génotypes AA Aa aa– valeurs sélectives w11 w12 w22

– cas général 1 1-hs 1-s

h=coefficient de dominance de l'allèle récessif as=coefficient de sélection de l'allèle a (0≤s ≤ 1)

– L'allèle défavorable a est récessif: h = 0 1 1 1-s– L'allèle défavorable a est co-dominant: h = 0.5 1 1-s/2 1-s– L'allèle défavorable a est dominant: h = 1.0 1 1-s 1-s

Page 110: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelle

• La fréquence des allèles à la génération suivante s'écrira alors:

• La pression de sélection, Δps, pourra donc aussi s'écrire:

• Le changement des fréquences alléliques dépendra des propriétés de Δps, et en particulier de:

( ) ( )[ ] [ ])21()1(

222121211

sqpqhshqphpqs

wwwqwwppqps −−

−+=

−+−=Δ

)21()1(

)21()1(' 22

21211

2

sqpqhsqhsp

sqpqhshspqp

wpqwwpp

−−−

=−−−+

=+

=

( ) ( ) )1( debien ou 22121211 hqphwwqwwp −+−+−

Page 111: Génétique des populations

Sélection directionnelleSélection directionnelle

(tiré

de H

artl,

199

4)

• Sélection directionnelle positive: effet de la dominance de l'allèle favorable: Δps est toujours positif

•Si les 2 allèles sont co-dominants, l'allèle favorable se répand rapidement et se fixe•Si l'allèle favorable est dominant, il se répand plus vite, mais sa fixation complète est lente•Si l'allèle favorable est récessif, sa fréquence évolue au départ très lentement, mais sa fixation est ensuite très rapide

(co-dominance) wAA = 1; waa = 1 - 0.05 = 0.95

Page 112: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelle

• Effet de l'intensité de la sélection:

AA Aa aa– L'allèle favorable A est dominant / a: 1 1 1-s

(L'allèle récessif est donc défavorable, et masqué chez les hétérozygotes, h = 0)

On voit clairement que p' est toujours supérieur à psi s p' , car il est sélectionné positivement chez les

homozygotes et les hétérozygotes

)1()21()1(' 22

2

sqp

sqpqhshspqpp

−=

−−−+

=

Page 113: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelle

• Effet de l'intensité de la sélection:

0.01

0.1

1

0 50 100 150 200

s = 0.1

s = 0.05

s = 0.01

générations

fréq

uenc

e de

l’al

lèle

ava

ntag

eux

Evolution lente si la pression de sélection est faible (s )

Page 114: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelle

• Cas des maladies génétiques récessives– Ex: mucoviscidose:

dominance de l'allèle m est nulle: h=0,l'allèle m est létal: s=1

• Génotypes MM Mm mm– valeurs sélectives w11 w12 w22

1 1 0

22

22

2

1

1' ,

11'

2' ,

2'

qq

qq

qqq

qp

pqppqq

pqppqpp

s −≈+

−=Δ

+=

+=

+=

++

=La fréquence de l'allèle m diminue très lentement, en fonction du carré de la fréquence de l'allèle, et donc d'autant plus lentement que q est petit: élimination totale quasi impossible

Ex: pour q=2.10-2, Δqs≈-4.10-4

Page 115: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelle

• Fréquence de l'allèle après g générations

• Pour diminuer la fréquence de moitié , il faut un nombre de générations égal à

• Ex: pour que la fréquence de l'allèle m passe de 0.02 à 0.01, il faut 50 générations, soit environ 1 000 ans chez l'homme!Ensuite pour passer de 0.01 à 0.005, il faudra 100 générations soit environ 2 000 ans!

0

0

1

1'

gqqq

qqq

g +=

+=

00

0

1 ,2/pour soit ,11q

gqqqq

g gg

==−=

Page 116: Génétique des populations

La sélection directionnelleLa sélection directionnelleEn résumé, la sélection directionnelle chez les organismes diploïdes

est une pression évolutive très efficace: • Elle provoque des changements importants de fréquences

alléliques• Elle conduit à terme à la fixation des allèles avantageux et à la

disparition des allèles défavorables: pas de polymorphisme attendu à l’équilibre

• Elle est très efficace face à des allèles codominants• Mais:

– Les allèles récessifs sont très lentement, voire jamais, éliminés

– Réciproquement, un allèle dominant avantageux mettra de très nombreuses générations pour être fixé, en réalité jamais totalement

Page 117: Génétique des populations

Avantage des hétérozygotes: superdominanceAvantage des hétérozygotes: superdominance• Sélection en faveur des hétérozygotes ou superdominance:

génotypes AA Aa aa– valeurs sélectives w11 w12 w22

– superdominance 1−s 1 1−t

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ])1(2)1()1(11)1(

2 2222

21211

222121211

tqpqsptqsppq

wqpqwwpwwqwwppqps −++−

−−+−−=

++−+−

tssq

tstpps +

=+

=⇒=Δ ˆ ,ˆ0

Un équilibre polymorphe est possible!

Page 118: Génétique des populations

Avantage des hétérozygotes: superdominanceAvantage des hétérozygotes: superdominance• Sélection en faveur des hétérozygotes ou superdominance:

génotypes AA Aa aa– superdominance 1−s 1 1−t

– Exemple: • s = 0.1• t = 0.2

667.0ˆ =+

=ts

tp

Equilibre stable car indépendantdu point de départ

Page 119: Génétique des populations

Avantage des hétérozygotes: superdominanceAvantage des hétérozygotes: superdominance• Sélection en faveur des hétérozygotes ou superdominance:

– Exemple: Anémie à cellules falciformes

individu SS individu AA ou AS

>0.14

<0.02

Répartition des fréquences de l'allèle S

Variant génétique de la chaîne βhémoglobine à expression récessive

(allèle mutant S):

Page 120: Génétique des populations

Avantage des hétérozygotes: superdominanceAvantage des hétérozygotes: superdominance• Sélection en faveur des hétérozygotes ou superdominance:

– Exemple: Anémie à cellules falciformes– Les hétérozygotes sont plus résistants face au parasite

Plasmodium falciparum, agent du paludisme (ou malaria), dans les régions où sévit la maladie

– Leur valeur sélective est donc la plus élevée– Dans les régions sans Plasmodium, l’anémie falciforme est une

maladie récessive fortement délétère– La fréquence de l’allèle S y est très faibles (qqs pour mille)

Page 121: Génétique des populations

Avantage des hétérozygotes: superdominanceAvantage des hétérozygotes: superdominance• Sélection en faveur des hétérozygotes ou superdominance:

– Exemple: Anémie à cellules falciformesgénotypes AA AS SS

superdominance 1−s 1 1−t

– Dans régions d'endémisme de la malaria: 0.9 1 0.2 (s = 0.1et t = 0.8)

– Fréquence de allèle S attendue à l'équilibre:

l'allèle quasi-létal S est maintenu à une fréquence ≈10% en raison de la sélection superdominante en présence de malaria

11.0ˆ =+

=ts

sq

Page 122: Génétique des populations

Avantage des hétérozygotes: superdominanceAvantage des hétérozygotes: superdominance

Cas de la mucoviscidose:• La fréquence de l'allèle m est actuellement d'environ 2% en

Europe: pourquoi une fréquence si « élevée »?• Hypothèse: protection des hétérozygotes durant les grandes

épidémies de choléra• Valeur sélective estimée des homozygotes normaux:

wMM = 0.98, wMm = 1, wmm = 0• Un très faible écart de valeur sélective suffit pour faire

augmenter la fréquence de l'allèle létal: difficile à démontrer!

02.0198.002.0

1≈×=

−= t

qqs

Page 123: Génétique des populations

Avantage des hétérozygotes: superdominanceAvantage des hétérozygotes: superdominance

En conclusion:• Maintien de 2 allèles en un polymorphisme stable

(balancé)• Permet l'augmentation en fréquence d'allèles létaux

chez les homozygotes (drépanocytose, mucoviscidose?,…)

Page 124: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: la sélection naturelle

Mécanismes évolutifs: la sélection naturelle

Les modes de sélection naturelle

Sélection chez les organismes haploïdes

Sélection chez les organismes diploïdes

Equilibre mutation-sélection

Page 125: Génétique des populations

Equilibre mutation-sélectionEquilibre mutation-sélection

• Pourquoi le maintien d'allèles délétères dans les populations?1. Sélection superdominante (anémie à cellules falciformes): cas

rare2. Equilibre entre pression de mutation sélection purificatrice

• si mutations récurrentes flux d'introduction constant• si allèle faiblement délétère: faible pression de sélection (s

):• si allèle ± récessif: caché chez les hétérozygotes

dynamique très lente et accumulation d'allèles récessifs delétères

• Conséquences évolutives: mutations délétères récessives exposées en cas de croisements consanguins, d'où la dépression de consanguinité

Page 126: Génétique des populations

Equilibre mutation-sélectionEquilibre mutation-sélection• Modèle: 1 locus 2 allèles: A (normal) et a (mutant

délétère)• Sans mutation:

• Pression de mutation récurrente: A→a avec taux de mutation = u, en négligeant la mutation réverse

[ ])21()1(

)1()1('

2

2

sqpqhshqphpqsq

wsqhspqq

s −−−+

−=Δ

−+−=

upqu =Δ

Page 127: Génétique des populations

Equilibre mutation-sélectionEquilibre mutation-sélection

• Les deux forces ont un effet opposé sur les fréquences alléliques: à l'équilibre on aura

[ ] upsqpqhshqphpqs

qq us

=−−−+

=Δ+Δ

)21()1(

0

2

Page 128: Génétique des populations

Equilibre mutation-sélectionEquilibre mutation-sélection

Cas d'un allèle délétère entièrement récessifgénotypes AA Aa aa

1 1-hs 1-s• a entièrement récessif: h = 0 1 1 1-s

Ex: Galactosémie, incidence 1/40 000, q = 5.10-3, s = 1, u = 2.5 10-5

suqusq

upsq

psq

≈≈

=−

ˆet

donnerpour encore simplifie se expressionl' p,devant petit est q Si)1(

:simplifie se générale expressionL'

2

2

2

Page 129: Génétique des populations

Equilibre mutation-sélectionEquilibre mutation-sélection• Modèle 1 locus 2 allèles: A (normal) et a (mutant délétère)

génotypes AA Aa aacas général 1 1-hs 1-s

• a partiellement récessif: 0<h<0.5 1 1-hs 1-séquilibre: si h qequ

Exemple: maladie de Huntington (dégénérescence neuro-musculaire)valeurs sélectives estimées 1 0.81 −

– faible désavantage aux hétérozygotes car apparition + tardive de maladie– estimation de hs = 1-0.81 = 0.19– incidence de la maladie (pop. Michigan): 10-4

– estimation de q = 5 x 10-5

permet d'estimer taux de mutation→allèle délétère: u = q x hs = 9.5 x 10-6

(= une des méthodes pour l'estimation des taux de mutation chez l'homme)

( )hsuq ≈ˆ

Page 130: Génétique des populations

Equilibre mutation-sélectionEquilibre mutation-sélection

• a partiellement récessif: 0<h<0.5

( )hsuq =ˆ

Dépression de consanguinitéaccumulation d'allèles

Faiblement délétères très récessifs!

Page 131: Génétique des populations

Equilibre mutation-sélectionEquilibre mutation-sélection

En conclusion:• Le fardeau génétique des populations (présence de

mutation à effet défavorable) dépend de la dominance des allèles et de leur effet délétère

• Les allèles récessifs modérément délétères (hs < 0.02) sont très facilement cachés dans le génome des espèces allogames à forte hérétozygotie

Page 132: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: la dérive génétique

Mécanismes évolutifs: la dérive génétique

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Effet de la dérive génétique sur la différenciation génétique inter-populations

Temps de fixation et temps d'élimination par dérive génétique d'un allèle neutre

Page 133: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: la dérive génétique

Mécanismes évolutifs: la dérive génétique

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Effet de la dérive génétique sur la différenciation génétique inter-populations

Temps de fixation et temps d'élimination par dérive génétique d'un allèle neutre

Page 134: Génétique des populations

Dérive génétique: échantillonnage aléatoire des gamètesDérive génétique: échantillonnage aléatoire des gamètes

Pool des gamètesLes fréquences alléliquesdans le pool des gamètes sont identiques à cellesde la génération parentale

Nouvelle générationFormée par tirage auhasard d’un échantillonde 10 gamètes

Génération parentaleGénération

0 0.50Fréquence allèle

1 0.60

2 0.80

0.60

0.50

Page 135: Génétique des populations

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Génération

Fréq

uenc

e al

léliq

ue

N = 10 Fixation

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40

Page 136: Génétique des populations

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

• Modèle:• Un locus, 2 allèles A et a• Panmixie• La fluctuation des fréquences alléliques est assimilable au

résultat d'un échantillonnage de 2N gamètes à chaque génération

• La loi de probabilité associée est la loi binomialeB(2N, p), E[X] = p, V[X] = √pq/2N

Page 137: Génétique des populations

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

• Influence de la taille de la population sur dérive génétique

Générations Générations

2N = 18Fréq.alléliq. 2N = 100

Fréq.alléliq.

Fluctuations aléatoires plus importantes si N

Page 138: Génétique des populations

Dérive et fixation des mutations Dérive et fixation des mutations • Effet de la dérive génétique sur une nouvelle mutation:

(tiré

de H

artl

& C

lark

, 199

7)

Elimination Fixation

Page 139: Génétique des populations

Dérive et fixation des mutations Dérive et fixation des mutations • Effet de la dérive génétique sur une nouvelle mutation:

– La fixation ultime d'un nouvel allèle mutant correspond àl'extinction de toutes les lignées généalogiques ne portant pas initialement cet allèle mutant

(tiré

de H

artl

& C

lark

, 199

7)

allèle mutant en 1 exemplaire

fixation de l'allèle mutant

Probabilité que ce soitla lignée généalogiquede l'allèle mutant qui sefixe = 1/nbre ancêtres= 1/2N

Page 140: Génétique des populations

6.1. Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

6.1. Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

• Dérive génétique écart p/r fréquences 50/50hétérozygotie diversité génétique intra-population

(tiré

de R

idle

y, 1

993)

Relation entre proportionsgénotypiques de Hardy-Weinberg

et fréquences alléliques

fréquence de l’allèle a

fréq

uenc

es d

es g

énot

ypes aaAA

Aa

La diversité génétique est maximale

quand p=q=0.5

Page 141: Génétique des populations

6.1. Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

6.1. Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

∃ 2 manières de produire un zygote homozygote:• tirage de 2 gamètes provenant de

la même copie de gène– Prob. = 1/2N

• tirage de 2 gamètes provenant de2 copies de gène différentesmais ayant le même allèle– Prob. = [1-(1/2N)] x ft-1

– (f t-1= prob(2 copies gène =identiques dans pop. parentale)

Page 142: Génétique des populations

6.1. Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

6.1. Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Dérive génétique diversité génétique intra-population• Variation de l'homozygotie entre 2 générations (t-1 et t):

ft = (1/2N) + [1-(1/2N)] ft-1

or Ht = 1-ft

1211 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= tt H

NH

ft

Page 143: Génétique des populations

6.1. Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

6.1. Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

• Dérive génétique diversité génétique intra-population

• quantification de diversité génétique :

décroissance géométrique de He d'un facteur (1-1/2N) par génération12

11 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= tt H

NH

Expérience chez drosophile:• réplicats de populationsavec N = 16

• 19 générations avec N constant,panmixie intra-population, et pas de migration inter-population

(tiré de Hartl & Clark, 1997)

Page 144: Génétique des populations

Mécanismes évolutifs: la dérive génétique

Mécanismes évolutifs: la dérive génétique

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Effet de la dérive génétique sur la différenciation génétique inter-populations

Temps de fixation et temps d'élimination par dérive génétique d'un allèle neutre

Page 145: Génétique des populations

Effet de la dérive génétique sur la différenciation génétique inter-populations

Effet de la dérive génétique sur la différenciation génétique inter-populations

• Dérive génétique fluctuations aléatoires des fréquences alléliques évolution indépendante et divergente dans plusieurs populations "sœurs" différenciation inter-population

(tiré

de H

artl

& C

lark

, 199

7)

Page 146: Génétique des populations

Effet de la dérive génétique sur la différenciation génétique inter-populations

Effet de la dérive génétique sur la différenciation génétique inter-populations

• Mise en évidence de la dérive génétique chez Drosophile:

(tiré

de H

artl

& C

lark

, 199

7)

D. melanogaster: 107 populationsavec N = 16• Conditions initiales: tous ind. hétérozygotes bw75/bw• 19 générations avec N constant,panmixie intra-population, et pas de migration inter-population

la majorité des populationssont fixées pour bw75 ou bw aprèsles 19 générations, les autressont réparties sur toute la gammede fréquences alléliques

Page 147: Génétique des populations

Temps de fixation et temps d'élimination par dérive génétique d'un allèle neutre

Temps de fixation et temps d'élimination par dérive génétique d'un allèle neutre

• Si allèle sélectivement neutre devenir est déterminé par la dérive génétique dépend de N et de sa fréquence actuelle

Temps

Fréq

uenc

es a

lléliq

ues

0

fixation d'un alllèle mutant élimination d'un

alllèle mutant

Page 148: Génétique des populations

La dérive génétiqueTemps de fixation d'un allèle sélectionné

La dérive génétiqueTemps de fixation d'un allèle sélectionné

• Si allèle non neutre devenir est déterminé par la sélection naturelle si N est grand (sélection > dérive génétique) dépend du coefficient de sélection: (en générat°)

Temps

Fréq

uenc

es a

lléliq

ues

0

fixation d'un alllèle mutant

favorableélimination d'un

alllèle mutant favorable

Exemple: mammifère avec N = 106, temps moyen générat° = 2 ans• nouvelle mutation neutre: tfix = 4x106x2 = 8 millions d'années• nouvelle mutation favorable avec s = 1%: tfix = 2/0.01xln(2x106)x2 = 5800 ans

Evolution plus rapide sous sélection directionnelle positive!

)2ln()/2( Nst fix =

Page 149: Génétique des populations

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

Effet de la dérive génétique sur la diversitégénétique intra-population

• Dérive génétique: fluctuations aléatoires des fréquences alléliques résultant d'un l'échantillonnage des gènes parmi les gamètes– processus important dans les petites populations– force évolutive car changement des fréquences alléliques– fixation aléatoire d'un allèle présent initialement