Kestelman Valentin M2 SVS : Biologie des interactions du gène aux

populationsEncadrants

Dr. Lorraine Bottin; Dr. Thierry Thibaut & Doctorante Pauline Robvieux

EA 4228 Ecomers

1

Algues structurantes

Structurent l’habitat : ingénieur de l’écosystème(sensu Jones et al. 1994)

Disparition de l’algue Perte de la biodiversité(Benedetti-Cecchi, 2001)

Pacifique : KelpsAtlantique : Laminaria ou Fucus

Méditerranée : Cystoseira(Mann, 1973)

(Steneck et al., 2003)

2

(Photo : T.Thibaut)

Cystoseira en MéditerranéeGenre Cystoseira : 28 taxons

dont 20 endémiquesDepuis la surface jusqu’à 80 m

de profondeurEn forte régression (Thibaut et al., 2005)

causes anthropiques :SurpâturageRejet d’eaux usées,

eutrophisationSensibles aux perturbations :

mesure la qualité de l’environnement littoral marin (Ballesteros et al., 2007)

3La saupe, un herbivore

Population impactée

(Photos: T.Thibaut)

Cystoseira amentacea var. stricta

Diploïde, cycle monogénétique (Gomez-Garreta et al., 2000)

Zygotes 100 µm, membrane collante (Susini, 2006)

Dispersion estimée très faible40 cm max (Mangialajo et al., 2012)

Isolement par la distance attendu

Source : Gomez-Garreta et al., 2000

Animation : Amber Rais

4

Cartographie Ceinture dense (Photo: P. Robvieux)

Etat des connaissancesEtudes préliminaires :

RAPDs, marqueurs dominants, difficilement reproductibles (Susini et al., 2007)

Microsatellites neutres, codominants, polymorphes8 marqueurs disponibles Structuration inter-population (Robvieux et al., 2012)

Existe-t-il une structuration intra-population ?

Objectifs de l’étudeDécrire la structure génétiqueClarifier la distance de dispersion des recruesEffet de perturbations anthropiques sur la structure

génétique5

Matériel et méthodes Terrain

Localisation des populations

P1n = 43

P2n = 45

nP1 n = 45

nP2 n = 45

Échantillonnage

Perturbation Population fragmentée 6

(Photos: T.Thibaut & A. Blanfuné)

7

P1P2

nP1

nP2

xy

xy

xy

x

y

(Diagrammes : A. Blanfuné)

Matériel et méthodesLaboratoire

Extraction d’ADN

PCR microsatellites

Analyse des génotypesTraitement des données 8

Génotypage

Hypothèses testéesEn panmixie

(reproduction aléatoire) Equilibre de Hardy-

Weinberg (HW) : He = Ho

Ecart à HW : He ≠ HoEcart à la panmixie

(Consanguinité, Effet Wahlund)

F (Fis et Fst)Déficit en hétérozygote

Autocorrélation spatialeDétecter une structure

génétique dans l’espace9

Effet Wahlund

Structure génétique spatiale

(Hamilton, 2009)

Résultats :Richesse, Fis et Différentiation

P1 P2 nP1 nP2Richesse allélique 3,252 3,097 3,645 2,880 Fis 0,112 *** 0,092 *** 0,077 *** 0,004 ns

P1 P2 nP1 nP2P1 -P2 0,372 *** -nP1 0,419 *** 0,304 *** -nP2 0,500 *** 0,479 *** 0,415 *** -

Richesse allélique et écart à la panmixie

Fst par paires de populations

10

P : PerturbénP : Non perturbé

Autocorrélation spatiale

Panmixie Isolement par la distance

Hamilton 2009

11

I de moran

Distance entre paires d’individus

Résultats : autocorrélation spatiale

Absence de structure génétique spatiale Pas d’isolement

par la distance à cette échelle

Pourtant déficit en Ho pour nP1 Consanguinité à

nP1 et pas nP2 ?

Distance en cm

Pairwise kinship coefficient

Erreur Standard

IC 95 %

12

Résultats : autocorrélation spatiale

Structure génétique spatiale < 30 cm

Structure liée à la taille des patchs ?

Pairwise kinship coefficient

13

Erreur Standard

IC 95 %

Distance en cm

Pollution et structure génétique

Hypothèses :Fragmentation depuis la

perturbation, bottleneck (goulot d’étranglement)

Disparition locale, puis recolonisation Pas à pas De manière aléatoire

1952 1997 2012

Rejets des eaux usées de Toulon sans traitement

Usine de traitement des eaux opérationnelle Structure génétique

spatiale observée

14(Photos: T.Thibaut)

ConclusionPopulations non perturbées : non

fragmentéesFis nul ou faiblePas d’isolement par la distance

Populations perturbées, fragmentéesStructure génétique, effet WahlundPatch d’individus apparentés Effet des perturbations

15

PerspectivesLien entre génétique

et environnementPente / Vagues

Dispersion des zygotes / gamètesTransplantation

Augmenter le nombre de sites à échantillonner

Relargage et survie des gamètes Gamètes in vitro

Stimulus Relargage gamètes ?

Influence des vagues ?

16

(Photo: P.Robvieux)

Merci de votre attention

17

(Photos: P.Robvieux)

18

nP1 : St-Jean-Cap-Ferrat

(Diagrammes : A. Blanfuné)

19

nP2 : Cap Martin

(Diagrammes : A. Blanfuné)

20

P1 : Cap Sicié A

(Diagrammes : A. Blanfuné)

21

P2 : Cap Sicié B

(Diagrammes : A. Blanfuné)

22

680 km

680 km

Provence Alpes Côte d’Azur Region

Corsica

C. amentacea : distribution of the species in France

(Cartes fournis par P. Robvieux)

CSA CSB SJCF CM24 « monomorphe » : 154

Par populationPar locus

23

24

PATCHINESS

Analysis of Variance Table

Response: Ar Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F) Pop 7 0.3449 0.04928 0.1530 0.99276 Locus 1 0.9963 0.99633 3.0943 0.08507 .Residuals 47 15.1333 0.32198 ---Signif. codes: 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

> anova(glm(patchm,family=quasipoisson),test="Chisq")Analysis of Deviance Table

Model: quasipoisson, link: log

Response: Ar

Terms added sequentially (first to last)

Df Deviance Resid. Df Resid. Dev Pr(>Chi) NULL 55 9.9784 Pop 7 0.21106 48 9.7673 0.9936 Locus 1 0.59654 47 9.1708 0.0822 .---Signif. codes: 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

Pas de variation détectableTrop peu d’individus…

PCR product from: 9 to 168.Length: 160 bp.The sequence of the PCR primers replaces the template sequence.

GTGTGGTCCTTGCTTCGTCACGTATACAGCAATAGTTGTATAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCTCATGTGACTGTTTTTTGTCCACTATTTCATCCAAACCCATACACATTACACATCATCTGCCAATACGAACAAACAAAACCAGAGCTGTCAAGCATGC

Amplicon attendu : 160 pb, observé (partout) 154 pb

25

26

3 Pics CSA

Impair CSB

??? SJCF

Presque OK CM

Uniquement population CSB (Locus 27)

27

En bleu sur le graphe…

Potentiellement contaminés

15 15Perdus

7 0

28

1 témoin pour 15 echantillons1 contamination : Mix2 (Locus 20 et 35)Témoin 3 : Locus 20 – 223/223 – Locus 35 – 188/201

Certains individus « liés » au T3 présentent un signal 223 en hétérozygote

Aucun individu « lié » au T3,Ne présente de signal à 201 pb

29

J.M. Butler (2005) Forensic DNA Typing, 2ndEdition ©2005 Elsevier Academic Press

Stuttering : Petits signal à 1 répétition

Large allele dropout : Signal réduit à plus grande pb

Quantité/qualité de l’ADN

+/- A à la fin de la séquence

Allèles nuls, pas de signal

http://www.uvm.edu/~biology/Classes/296D/6_Biology.pdf

30Tiré du manuel de micro-checker

Micro-checker

Connus : pour le pollen dispersion de type « Leptokurtique »,la grande majorité proche de la source mais aussi rares évènement à longue distance

Ex : Centaurea corymbosa (Hardy, et al. 2004) 31

(Gomez-garreta et al., 2000)

n : Noyaufa : Flagelle antérieurefp : Flagelle postérieurem : mastigonemes

(Clayton et al., 1992)

D’un µ-envt à un autre

Grande dispersion : Large + Courant32

33

Gomez-Garreta et al., 2000

Sites échantillonnés

Etude des courants (Ifremer)34

Song et al., 1996

FluorescencePhosphorescence

35

36

g

a

b

p

q =1 - p

aa : p²ab : p*q + p*q = Hebb : q²Multi-allèle

Homozygote

He : 1 - Q (Hamilton, 2009)

37

Le nombre d’alléles observés dépend fortement de la taille de l’échantillon

Méthode de raréfaction pour « lisser » les différentes tailles

Estime le nombre attendu d’allèles dans un sous-echantillon de 2n gènes, 2N ayant été echantillonés.

Terme sous la somme : probabilité d’échantilloner l’allèle i au moins une fois dans un echantillon de taille 2n

38

39

Le dénominateur du premier terme « pondère» la contribution des allèles et permet à cet estimateur de ne pas souffrir de biais particulier en présence d’allèle de faible fréquence.

Le second terme ajuste le biais attribuable à la taille d’échantillonnage. (d’après Oddou-Muratorio et al., 2004)

Le numérateur est plus grand quand les paires d’individus (populations) ont des fréquences alléliques qui sont chacune très différentes de la fréquence allélique moyenne. Valeurs possible de -1 à +1 avec une quantité suffisante d’échantillons.

Valeur positive, signifie que les fréquences alléliques entre pairs d’individus, sont similaire en moyenne. Négative : les fréquences alléliques entre pairs d’individus diffèrent en moyenne.

Une valeur de zéro indique que les différences ne sont pas liées à la distance, ou que la variation génétique est aléatoire dans l’espace. (d’après Hamilton, 2009)

40