"Sélection Naturelle".

Analyse moléculaire
de la sélection naturelle
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Alfred Russel Wallace
Charles Darwin
« Pouvons-nous douter… que les individus ayant quelque avantage, aussi léger soit-il, sur les
autres, auraient une meilleure chance de survie et de procréer leurs caractères? D'autre
part, nous pouvons être sûrs que n'importe quelle variation du moindre degré nuisible serait
indéniablement détruite. C'est cette conservation des variations favorables, et le rejet des
variations nuisibles, que j'appelle "Sélection Naturelle". Charles Darwin (1859) »
Sélection Naturelle: processus par lequel des variations favorables vont
tendre à augmenter en fréquence au sein d’une population, et inversement
pour des variations défavorables.
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Sélection Naturelle: survie ou reproduction différentielle, en moyenne,
des différents phénotypes dans une population.
Agit sur les phénotypes
Comme les phénotypes sont, en partie, déterminés pas des génotypes, la
sélection naturelle cause des variations de fréquences d’allèles
Elle ne peut opérer que si
• les individus d’une population ne sont pas tous identiques (variation)
• une part de cette variation affecte des traits liés à la capacité à
survivre et/ou se reproduire
Elle ne cause une évolution que si :
• les différences de survie/reproduction sont dues à des variations
génétiques héritables
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Une des quatre forces évolutives
Mutation
Migration
Sélection
Dérive
Impliquée dans :
l’évolution adaptative
les processus de spéciation
déterminisme des systèmes de reproduction …
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Peut opérer de deux façons:
• par différences de survie entre génotypes
• par différences de fertilité
(les deux sont importants)
Peuvent faire l’objet d’un compomis:
•Phyllomedusa bicolor : chant nuptial et prédation
par les chauve-souris
•Mantes, araignées
cannibalisme sexuel :
Nephila
fenestrata
:
 Valeur sélective: capacité d’un individu à
transmettre ses propres allèles à la génération suivante
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Notion de valeur sélective
La sélection favorise les allèles qui maximisent le succès de reproduction
au cours de toute la vie. Ne comptent de ce point de vue que les allèles
qui s’expriment durant la période de fécondité
 l’effet des allèles qui agissent sur la survie après la reproduction
n’est pas soumis à sélection: (explication évolutive à la sénescence ?)
Valeur sélective absolue et relative
Absolue: nombre total de descendants survivants produits durant la
vie d’un individu (succès de reproduction au cours de toute la vie)
 Relative:
=1
pour le génotype qui code pour le phénotype avec la
valeur sélective la plus élevée
=valeur sélective absolue de ce génotype / valeur sélective
absolue du génotype de v.s. la + élevée
pour tous les autres
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Notion de valeur sélective
Exemple:
Insecte polymorphe pour la couleur: individus noirs, bruns et jaune. Les
lézards et les oiseaux les consomment de telle façon que les différences de
survie entre eux produisent les différences de valeur sélectives suivantes:
CNCN= noir 67% de chance d’atteindre l’age adulte
CNCJ = brun 93% de chances d’atteindre l’age adulte
CJCJ = jaune 11% de chances d’atteindre l’age adulte
QUESTION: en supposant qu’ils ont un nombre identique de descendants,
quelle est la valeur sélective relative de ces trois génotypes ?
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Notion de valeur sélective
REPONSE :
 La valeur sélective absolue des bruns est la plus élevée, donc leur valeur
sélective relative =1: w(CNCJ)=1
 La valeur sélective relative des noirs et des jaunes est:
0,67/0,93 = w(CNCN)
= 0,72
0,11/0,93 = w(CJCJ)
= 0,12
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Notion de valeur sélective
Exemple:
Une espèce de serpent est polymorphe pour la couleur: individus bruns et
verts. Un locus à deux allèles détermine la couleur:
GG = brun,
Gg = brun,
gg = vert
La forme brune est cryptique et a 80% de chances d’atteindre l’age adulte,
et la forme verte a 60% de chances d’atteindre l’age adulte
Lorsque les bruns survivent, ils produisent en moyenne 13 descendants,
mais la forme verte est plus féconde et produit en moyenne 20 descendants
QUESTION: quelles sont les valeurs sélectives relatives de chacune des
formes ?
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Notion de valeur sélective
REPONSE:
Valeur sélective absolue des bruns (GG et Gg):
80 % de survie * 13 descendants attendus si ils survivent = 10,4
descendants attendus
Valeur sélective absolue des verts (gg):
60 % de survie * 20 descendants attendus si ils survivent = 12
descendants attendus
w(vv)=1,
w(Vv)=w(VV)=10,4/12=0,87
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Différentes formes de sélection naturelle au niveau phénotypique
Directionnelle
Diversifiante
Stabilisatrice
+Balancée
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Différentes formes de sélection naturelle au niveau moléculaire
Sélection positive
Mutation avantageuse
Mutation neutre
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Différentes formes de sélection naturelle au niveau moléculaire
Sélection purifiante
Mutation délétère
Mutation neutre
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Différentes formes de sélection naturelle au niveau moléculaire
Sélection balancée
Mutations balancées
Mutations neutres
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Différentes formes de sélection naturelle s’appliquent à
différents gènes
Gènes “domestiques (‘Housekeeping Genes’).
–Sélection purifiante (négative)
•Changement contre-sélectionné.
Gènes ayant un rôle dans l’adaptation
–Sélection adaptative (positive)
•Changements favorisés.
Gènes sélectivement neutres
–Dérive génétique
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Un exemple de sélection directionnelle :
Sélection directionnelle artificielle chez le mais (Zea mays)
A partir d’une lignée unique, différentes lignées peuvent être sélectionnées pour un haut et
bas contenu en huile (gauche) et en protéines (droite)
[Woodwort et al. Agron Journ 44:60-65 (1952)]
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Un exemple de sélection directionnelle en nature :
Deux formes, contrôlées par un seul locus di-allélique
MM et Mm= mélaniques, mm= clair
Camouflage= principale protection contre prédation
Kettlewell (1955): différentiel dans sensibilité à
prédation par les oiseaux
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Exemples de sélection stabilisatrice
Poids à la naissance:
Mortalité infantile asssociée au poids de naissance
Nombre optimal d’oeufs pour une ponte:
Trop et les descendants ne sont pas assez nourris, pas assez et les parents
“gaspillent” des ressources
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Mâles
Papilio dardanus
Exemples de sélection diversifiante
Les couleurs des morphes de femelles
ressemblent à celles d’autres espèces de
papillons qui sont toxiques pour les oiseaux
prédateurs.
Les femelles Papilio ne sont pas toxiques ellesmêmes, mais les oiseaux les évitent parce
qu’elles ressemblent aux espèces toxiques Ce
type coloration de protection (camouflage
Batesien) serait moins efficace si toutes les
femelles imitaient la même espèce toxique car
les oiseaux apprendraient vite: ils cesseraient
d’éviter les espèces d’apparence toxique et
n’associeraient plus une couleur donnée à une
toxicité certaine.
Femelles
Papilio dardanus
Espèces
toxiques
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Exemples de sélection balancée (superdominance)
Anémie à cellules falciformes chez l’homme (drépanocytose)
Variant génétique de la chaîne β hémoglobine:
AA: normal
SS: atteint
AS: généralement normal, mais peuvent produire une certaine
proportion d’hématies falciformes.
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Exemples de sélection balancée (superdominance)
Anémie à cellules falciformes chez l’homme (drépanocytose)
En présence de malaria, heterozygotes bénéficient d’une résistance limitée car
les hematies falciformes ne permettent pas le développement des trypanosomes
 valeur sélective maximale = heterozygotes
w(AA)=0,9; w(AS)=1; w(SS)=0
 Sélection maintient les deux allèles car l’hétérozygote est favorisé
 Explique que la distribution mondiale
de la maladie concorde fortement avec
foyers d’infection par malaria
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Exemples de sélection balancée (fréquence-dépendante)
Fréquence dépendance positive: le + commun est avantagé
Fréquence dépendance négative: le + rare est avantagé
Frequency-dependent selection in the
handedness of scale-eating Cichlid fish
(Hori, 1993)
Le comportement d‘attaque
correspond à la morphologie !
Handedness of P.
microlepis
Fish (n)
Pored scales (n)
Right
Left
Un-known
Dextral
32
0
139
31
Sinistral
24
76
0
23
Le comportement correspond au régime alimentaire !
La latéralité est héritable
Fluctuation des fréquences due à
la sélection fréquence-dépendente
1. Qu’est-ce que la sélection naturelle ?
Exemples de sélection balancée : en environnment hétérogène
Valeur sélective d’un allèle peut varier selon
• l’environnement : favorable dans l’un, défavorable dans
l’autre
• le contexte génomique (système d’épistasie)
• le contexte génétique (fréquence-dépendante)
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Attention: les effets environnementaux peuvent compenser,
contrebalancer, voire inverser les effets de la sélection !
Garant et al.
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemples de sélection directionnelle :
Change les fréquences d’allèles: à quelle vitesse ?
Soit un locus à deux allèles A>a, freqs initiales de A=p et a=q
génotypes
AA
Aa
aa
fréquence
p2
2pq
q2
valeurs sélectives
w11
w12
w22
Si A>a
1
1
1-s
après sélection:
p2
2pq
q2(1-s)
p' =
p 2 + pq
p 2 + 2 pq + q 2 (1 ! s )
Variation de fréquence en une génération: Δp=spq2/(1-q2s)
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemples de sélection directionnelle :
Change les fréquences d’allèles: à quelle vitesse ?
Exemple:
Population polymorphe de Biston betularia
49% de la pop claire
51 % mélanique
QUESTION: en supposant que la population est à
l’équilibre de Hardy-Weinberg, que valent p et q ?
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemples de sélection directionnelle :
Change les fréquences d’allèles: à quelle vitesse ?
REPONSE :
q2=0,49
q=0,7 et p=0,3
Supposons que des oiseaux migrent dans la région et consomment les
proies. Les valeurs sélectives sont les suivantes:
génotypes
MM
Mm
mm
valeurs sélectives
1
1
0,4
QUESTIONS:
Que vaut le coefficient de sélection s ?
Quel est le différentiel de fréquences Δp à la génération suivante ?
Quelles seront les fréquences alléliques après une génération de
sélection ?
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemples de sélection directionnelle :
Change les fréquences d’allèles: à quelle vitesse ?
REPONSES:
Coefficient de sélection
s=0,6
Différentiel de fréquences:
Δp = spq2/(1-sq2)
= 0,6*0,3*0,49/(1-0,6*0,49)
= 0,088/0,706
=0,125
p’
=p+ Δp
= 0,3+ 0,125
=0,425
 le changement de fréquences peut être TRES rapide !
Théorie neutraliste
de l’évolution moléculaire
Dérive génétique
Dérive génétique
+ Selection
Frequence allélique
1
avantageuse
désavantageuse
0
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemples de sélection directionnelle :
Change les fréquences d’allèles: à quelle vitesse ?
Effet de la dominance
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemple de sélection fréquence-dépendante avec avantage
du rare au locus d’auto-incompatibilité (gamétophytique)
Sélection
Contrôle génétique
simple
Auto-incompatibilité
Autopollen
stigmate
Allopollen
pollen
Auto
Allo
pollinisation pollinisation
fréquence-dépendante
sur la fonction mâle
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemples de sélection fréquence-dépendante avec avantage
du rare : change les fréquences d’allèles
Sélection
fréquence-dépendante
sur la fonction mâle
Conséquences évolutives
• Convergence des fréquences alléliques
Vers 1/3;1/3;1/3
Vers 1/4;1/4;1/4;1/4
Vers 1/5;1/5;1/5,1/5;1/5
Vers 1/n;1/n; … 1/n
si 3 allèles
si 4 allèles
si 5 allèles
si n allèles
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemples de sélection fréquence-dépendante avec avantage
du rare : change les fréquences d’allèles
Sélection
fréquence-dépendante
sur la fonction mâle
Conséquences évolutives
• Convergence des fréquences alléliques
• Forte richesse allélique : devenir d’un
allèle apparu par mutation en une seule
copie --> rare --> avantagé par sélection
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Exemples de sélection fréquence-dépendante avec avantage
du rare : change les fréquences d’allèles
Sélection
fréquence-dépendante
sur la fonction mâle
Conséquences évolutives
• Convergence des fréquences alléliques
• Forte richesse allélique :
• Forte divergence moléculaire entre allèles
(maintien sur des durées très longues)
2. Quels sont les effets de la sélection naturelle ?
Bilan:
1. Affecte la distribution des fréquences alléliques,
parfois rapidement
2. Affecte le nombre d’allèles maintenus : l’augmente
ou le diminue
3. Affecte l’hétérozygotie : l’augmente ou la diminue
4. Affecte le temps de résidence des allèles dans les
populations → leur divergence moléculaire
5. Affecte l’association dans une population des
mutations physiquement liées le long de la séquence
6. Affecte la proportion de changements synonymes et
non-synonymes le long des séquences
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
Suivre expérimentalement une population au cours du temps
= une approche directe pour caractériser l’effet de la sélection
naturelle
•
Nécessite des données exceptionnellement rares
Contraintes sur l’échelle de temps et taille d’échantillons
•
Comment distinguer sélection de changt environnnementaux
et des autres forces évolutives ?
•
Effets de sélection faibles (non détectables à l’échelle de
quelques générations) peuvent être importants à long terme
•
Quels organismes ?
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
Une approche alternative “indirecte”: differentes signatures
moléculaires de la sélection peuvent être utilisés pour tester
le modèle neutre:
A. Spectre de fréquences alléliques
B. Diversité nucléotidique
C. Polymorphisme / Divergence
D. dN / dS
E. Déséquilibre de liaison
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
A. Tests basés sur la distribution de fréquences alléliques
Importance de la théorie neutraliste de l’évolution moléculaire

Un modèle “nul” qui décrit un monde dans lequel la sélection naturelle ne
joue aucun rôle
 La diversité génétique n’est affectée que par la dérive, la mutation, la
recombinaison et la migration.
1.
2.
Prédire grâce au modèle neutraliste (“nul”) ce qu’on devrait attendre
(diversité, nombre d’allèles, distribution de fréquences alléliques) et tester
l’ajustement du modèle à nos données
Comparer la vraisemblance d’un modèle qui ignore la sélection naturelle
à la vraisemblance d’un modèle qui l’intègre: l’amélioration permet-elle
de significativement mieux décrire nos données ?
Dynamique de remplacement des allèles neutres dans une population
échantillon
1
fréquence
allélique
NEUTRE
0
temps
Mutations (points noirs) se produisent à un taux 2N.µ
N: taille efficace de la population
µ: taux de mutation
Sous l’hypothèse de neutralité, chaque nouvelle mutation se fixe avec une probabilité 1/2N
Il en résulte un taux de substitution neutre de 2N.µ / 2N = µ (points rouges)
A l’équilibre mutation-dérive, la quantité de polymorphisme dans la population est
déterminée par le produit N.µ, généralement mesuré par θ = 4N.µ
Dynamique de remplacement des allèles dans une population
en présence de sélection négative
1
fréquence
allélique
NEUTRE
0
1
fréquence
allélique
SELECTION
NEGATIVE
0
temps
La sélection négative cause cause :
- un plus faible taux de substitution
- moins de polymorphisme
- des fréquences d’allèles minoritaires plus faibles
Dynamique de remplacement des allèles dans une population
en présence de sélection positive (récurrente)
1
fréquence
allélique
NEUTRE
0
1
fréquence
allélique
SELECTION
POSITIVE
0
La selection positive récurrente cause :
- un plus fort taux de substitution
- moins de polymorphisme
- des fréquences d’allèles alternatifs plus élevées
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
A. Tests basés sur la distribution de fréquences alléliques
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
B. Tests basés sur la distribution de fréquences alléliques
occurence
En l’absence de sélection
1
3
5
7
9
# copies d’allèle
11
13
15
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
B. Tests basés sur la distribution de fréquences alléliques
occurence
En l’absence de sélection
Beaucoup d’allèles rares
Peu d’allèles fréquents
1
3
5
7
9
# copies d’allèle
11
13
15
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
A. Tests basés sur la distribution de fréquences alléliques
occurence
En présence de sélection balancée
1
3
5
7
9
11
13
Excès de mutations de fréquence intérmédiaire
15
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
A. Tests basés sur la distribution de fréquences alléliques
occurence
En présence de de sélection positive
1
3
5
7
9
11
13
15
La (les) mutation(s) la plus fréquente est “trop” fréquente
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
A. Tests basés sur la distribution de fréquences alléliques
Test d’homozygotie d’Ewens (1972) - Watterson (1977)
Équitabilité de la distribution des fréquences: -Σxilnxi .
Elevée: distribution équitable,
Faible: un seul allèle de forte fréquence
puissant pour détecter sélection balancée, moins pour détecter sélection
purifiante
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
B. Tests basés sur la diversité nucléotidique
Test de Tajima (1983)
Compare deux estimateurs du paramètre Θ=4Nµ :
sur la base du nb de sites qui ségrègent :
(S)
ou de la diversité nucléotidique :
(π)
Chaque variant rare crée un nouveau site ségrégeant (S) mais contribue très
peu à la diversité nucléotidique (π).
Ces deux estimateurs diffèrent donc par l’importance relative accordée dans
le calcul aux variants rares et aux variants de fréquence intermédiaire
 une autre façon de mesurer l’équitabilité de la distribution
Sélection purifiante : - de variants rares
Sélection balancée
: + de variants rares
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
B. Tests basés sur la diversité nucléotidique
Des allèles “trop” divergents pour un modèle
neutre…. Sélection balancée ?
 Avantage à long terme aux porteurs
hétérozygotes à CCR5 ?
 un locus impliqué dans la résistance à
d’autres maladies ?
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
B. Tests basés sur la diversité nucléotidique
Test de Fu & Li (1993)
Compare (aussi) deux estimateurs du paramètre Θ=4Nµ qui diffèrent par
l’importance accordée dans le calcul aux variants rares présents une seule fois
(singletons) et aux variants de fréquence intermédiaire
Balayage sélectif récent : excès de singletons
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
B. Tests basés sur la diversité nucléotidique
Test de Fay & Wu (2000)
Généralisation du précédent qui compare (aussi !) deux estimateurs du
paramètre Θ=4Nµ qui diffèrent par l’importance accordée dans le calcul aux
variants présents une seule fois (singletons), mais aussi aux variants présents
deux fois, trois fois…
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
C. Tests basés sur la structure haplotypique
Le nombre d’haplotypes présents correspond-t-il au nombre
de sites ségrégeant ?
4 sites ségrégeant
5 haplotypes
4 sites ségrégeant
2 haplotypes
(Fu 1996; Depaulis & Veuille 1998)
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
C. Tests basés sur la structure haplotypique
La diversité haplotypique correspond-t-elle au nombre de
sites ségrégeant ?
4 sites ségrégeant
Forte diversité haplotypique
4 sites ségrégeant
Faible diversité haplotypique
(Depaulis & Veuille 1998)
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
C. Tests basés sur la structure haplotypique
Les sites ségrégeant sont-ils répartis aléatoirement entre les
différents haplotypes ?
Répartition aléatoire
Structure haplotypique
(Hudson et al. 1994)
Projet HapMap (www.hapmap.org)
270 individus génotypés pour 5,8.106 SNP
env 1.2 Mb
... Une région du génome transmise comme un seul bloc, ou une
région dont l’histoire est particulièrement récente ?
D. Tests basés sur l’hétérogénéité entre plusieurs locus
Test HKA : Hudson, Kreitman and Aguadé 1987
Comparaison des niveaux de variation intra- et inter-spécifique pour le gène d’intérêt et
pour un autre locus supposé neutre
Hypothèse nulle : en l’absence de selection, les locus montrant le plus de variation intraspécifique sont ceux qui montrent le plus de variation inter-spécifique: la diversité est
générée par la mutation uniquement
Locus B
Locus A
Espèce focale
Groupe
externe
Espèce focale
Groupe
externe
La sélection a influencé le polymorphisme à l’un des deux locus.
Le polymorphisme réduit du locus B ne peut pas être expliqué par :
- taille de pop réduite
- un faible taux de mutation
(car le locus A a beaucoup de polymorphisme)
(car la distance au groupe externe serait alors réduite)
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
D. Tests basés sur l’hétérogénéité entre plusieurs locus
Test HKA : Hudson, Kreitman and Aguadé 1987
Correlation de la variation intra et inter-spécifique
Inter-espèces
Adh
locus neutre
Locus neutres
Gène soumis à sélection
(Adh)
Intra-espèces
Intra
34
30
Inter
43
77
Ratio
0.8
0.4
 “Trop” de polymorphisme
au sein des espèces
pour la divergence observée !
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
D. Tests basés sur l’hétérogénéité entre plusieurs locus
Test HKA : Hudson, Kreitman and Aguadé 1987
Variation de fréquence de l’allèle Fast au locus de l’Alcool
dehydrogenase
Localité Latitude
Frequence de l’
Adh-F allele
ME
44.36
55%
VT
MA
43.47
42.30
55%
58%
CT
NJ
41.34
40.21
60%
63%
MD
NC
39.00
35.46
66%
70%
FL1
FL2
30.20
27.28
82%
88%
FL3
25.27
90%
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
D. Tests basés sur l’hétérogénéité entre plusieurs locus
Test HKA : Hudson, Kreitman and Aguadé 1987
Fréquence Adh-F
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
20
30
40
Latitude
50
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
D. Tests basés sur l’hétérogénéité entre plusieurs locus
Un test appartenté: McDonald-Kreitman
polymorphes fixées
Espèce focale
synonyme
5
2
non-synonyme
4
8
Groupe
externe
Comparaison polymorphisme-divergence des sites synonymes et non-synonymes
(synonymes pris comme référence neutre)
En l’absence de sélection, les deux ratios devraient être égaux.
Ici, la selection positive a mené à la fixation de nombreux changements
nonsynonymes
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
D. Tests basés sur l’hétérogénéité entre plusieurs locus
Test Lewontin-Krakauer (1973)
Comparaison de la structure géographique de la diversité
à plusieurs locus:
Adaptation locale à un environnement: différentiation de
fréquences alléliques:
FST
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
D. Tests basés sur l’hétérogénéité entre plusieurs locus
Test Lewontin-Krakauer (1973)
FST
Base des méthodes de “scan génomique”
Position sur le chromosome 1
+ forte différentiation des fréquences d’allèles aux sites
non-codant qu’aux sites codant et introniques... un effet
de leur liaison ?
3. Comment détecter la sélection naturelle ?
E. Tests basés sur le polymorphisme des régions liées
Effet de la sélection naturelle sur la diversité de région
génomique liée à un gène de résistance à la
pyrimethamine
Polymorphisme de la région flanquant le
locus dhfr
Nair et al. 2003
Polymorphisme de la région flanquant les
allèles “résistants” (noir) et les allèles
“sensibles” (gris)
Pearce et al. 2005
La recombinaison
• Impact du système de reproduction sur le déséquilibre de
liaison
Arabidopsis
humain
Distance en pb !
Nachman (2002)
Variation du taux de recombinaison
sur deux chromosomes humains
3. Comment détecter de la sélection naturelle ?
E. Comparaison des taux de substitution
Dégénérescence du code génétique universel
3. Comment détecter de la sélection naturelle ?
E. Comparaison des taux de substitution
Substitutions synonymes:
Sequence 1:
Sequence 2:
Acide-aminé:
UUU
UUU
Phe
CAU
CAC
His
CGU
CGU
Arg
CAU
CAG
His
CGU
CGU
Arg
Substitutions non-synonymes:
Sequence 1:
Sequence 2:
Acide-aminé:
UUU
UUU
Phe
Gln
3. Comment détecter de la sélection naturelle ?
E. Comparaison des taux de substitution
dN Nombre de substitutions non-synonymes
Nombre de sites non-synonymes
dS Nombre de substitutions synonymes
Nombre de sites synonymes
dN/dS > 1  Sélection positive
3. Comment détecter de la sélection naturelle ?
E. Comparaison des taux de substitution
AAA
Lys
Changement synonymes
Changement non-synonymes
AAT
Asn
AGT
Ser
CGT
Arg
AGA
Arg
AGT
Ser
CGC
Arg
CGT
Arg
AAT
Asn
Quels gènes évoluent
sous l’effet de la sélection ?
Inférences basées sur les trios de gènes
homologues Homme-Chimpanzé-Souris
Quels gènes évoluent sous l’effet de la sélection ?
Objectifs: identifier les genes qui ont subi divergence non neutre depuis
notre ancêtre commun le plus récent
Méthode: 7,645 gènes de chimpanzé comparées à leurs orthologues nonambigus chez l’human et la souris.
Comparaison des Chimpanzés et des humains (ancêtre commun il y a
5.7mya).
Diffèrent à seulement 1.2% de régions codantes du génome
indices d’évolution adaptative ?
Orthologues de souris (divergence 75 Mya) permettent de déterminer l’état
ancestral
Homme
Chimpanzé
A
G
Souris
G
Quels gènes évoluent sous l’effet de la sélection ?
Les variations accumulées au sein des différents gènes depuis la
séparation homme-chimpanzé ont-elles été délétères, neutres, ou
advantageuses ?
dN/dS
<1 sous sélection purifiante
=1 si les variations sont neutres
>1 sous sélection positive
1547 gènes ont dN/dS >1 le long de la branche qui mène aux
humains et 1534 le long de la branche qui mène au chimpanzé
Quels gènes évoluent sous l’effet de la sélection ?
Des gènes qui font de nous spécifiquement des
humains parmi les primates ?
– Un début d’amorce de commencement de réponse, guère
plus…
Pourquoi est-ce important ?
– Identifier des gènes ayant subi une évolution adaptative
peut nous mettre sur la voie de gènes impliqués dans des
maladies humaines
Points principaux
La sélection s’applique sur les phénotypes dans une population. Mais elle affecte
les fréquences alléliques, et c’est via ce changement de fréquences alléliques
qu’elle affecte la fréquence des phénotypes et est responsable de l’évolution
adaptative.
Elle peut prendre plusieurs formes selon la distribution des valeurs sélectives des
allèles à un locus.
Dans des populations naturelles, on ne connait souvent pas l’agent de la sélection :
il est difficile de détecter la sélection naturelle directement.
Les tests de mise en évidence de la sélection naturelle utilisent la théorie
neutraliste de l’évolution moléculaire comme hypothèse “statistiquement” nulle.
Ils sont basés sur des informations de nature très différente et peuvent donc
fournir des résultats différents.
Points principaux
La génétique moléculaire des populations permet de :
– Mieux comprendre les contraintes fonctionnelles des
différentes parties du génome
– Préciser l’étendue génomique locale des effets de la
sélection
– Identifier des gènes fonctionnellement importants
– Reconstituer les mécanismes évolutifs qui ont permis
l’émergence de certaines adaptations
– Contribuer à dresser l’ “arbre de la Vie”