Évolution de la population

Quelle est la théorie de l'évolution de la population ?

La théorie de l'évolution des populations examine la façon dont la variation génétique au sein des populations évolue dans le temps, influencée par un ensemble de processus évolutifs. Cette théorie sophistiquée amalgamé des principes de la génétique, de l'écologie et de la biologie évolutive pour expliquer comment les populations s'adaptent à leur environnement, subissent des transformations évolutives et peuvent potentiellement diverger en de nouvelles espèces.

La théorie repose sur plusieurs mécanismes fondamentaux, qui sont essentiels à la compréhension de l'évolution des populations :

• Sélection naturelleCe processus fondamental englobe la survie et la reproduction différentielles des individus en fonction des variations phénotypiques. Au fil des générations successives, les traits qui confèrent des avantages en matière de survie et de reproduction deviennent de plus en plus courants au sein de la population, orientant ainsi son cheminement évolutif.
• Dérive génétiqueParticulièrement prononcé dans les petites populations, la dérive génétique fait référence aux fluctuations aléatoires des fréquences alléliques. Ce processus stochastique peut entraîner des changements évolutifs significatifs, y compris la fixation ou la perte d'allèles, indépendamment de leur valeur sélective. Par conséquent, la dérive génétique peut conduire à des résultats évolutifs divergents indépendamment de la sélection naturelle.
• Flux génétiqueÉgalement connu sous le nom de migration, le flux génétique implique le transfert d'allèles entre les populations. Ce mouvement de matériel génétique peut introduire de nouveaux allèles dans une population, améliorant ainsi la diversité génétique et impactant son évolution. Le flux génétique sert de conduit pour l'échange génétique, qui peut soit contraindre, soit promouvoir la divergence entre les populations.
• MutationLes mutations, définies comme des altérations des séquences d'ADN, constituent la principale source de nouvelles variations génétiques. Ces changements génétiques peuvent favoriser l'émergence de nouveaux traits, fournissant la matière première fondamentale nécessaire à la sélection naturelle et à d'autres processus évolutifs. Par conséquent, les mutations sont indispensables à l'évolution continue et au potentiel d'adaptation des populations.

Introduction à l'analyse de l'évolution des populations

L'analyse de l'évolution de la population implique l'application de technologies génomiques de pointe pour étudier la composition génétique et les voies évolutives des populations. En s'appuyant sur des données obtenues à partir de séquençage à haut débit techniques, cette analyse révèle des variations génétiques telles que des polymorphismes à un seul nucléotide (SNP), des insertions et des délétions (InDels), des variations structurelles (SV) et des variations du nombre de copies (CNV).

Composantes clés de l'analyse de l'évolution de la population

• Collecte et préparation des échantillonsLa base d'une analyse robuste repose sur la sélection minutieuse d'échantillons représentatifs provenant de diverses sous-populations ou niches écologiques. Assurer la qualité et la diversité de ces échantillons est essentiel pour obtenir des résultats précis et significatifs.
• Séquençage génomique: En utilisant des technologies de séquençage avancées, telles que séquençage du génome entier (SGE) et le séquençage ciblé, les chercheurs peuvent rassembler d'importantes données génomiques. Par exemple, CD Genomics utilise à la fois des plateformes de séquençage de deuxième génération (Illumina) et de troisième génération (PacBio et Nanopore) pour extraire des informations génétiques détaillées, facilitant ainsi une analyse complète.
• Détection de variantesL'identification des variations génétiques au sein des populations est une pierre angulaire de la compréhension des processus évolutifs. Les méthodes de détection des variants incluent l'appel de SNP, la détection d'InDel, ainsi que l'analyse des SV et des CNV. Ces approches sont essentielles pour cartographier la diversité génétique et retracer les histoires évolutives.
• Analyse bioinformatiqueLes outils computationnels et les modèles statistiques jouent un rôle crucial dans l'interprétation des données génétiques. Cela implique de déterminer la structure des populations et d'identifier les signatures de sélection à travers des logiciels de bioinformatique conçus pour l'annotation des variants, les métriques de génétique des populations et la modélisation évolutive. De tels outils permettent une compréhension plus approfondie des bases génétiques et des dynamiques évolutives au sein des populations.

Avantages de l'analyse de l'évolution de la population

• Aperçus génétiques completsRévèle la base génétique de l'adaptation et de la spéciation en analysant la variation génétique à travers des populations diverses.
• Compréhension améliorée des dynamiques évolutives: Suit les changements génétiques au fil du temps pour découvrir les schémas de migration, les mécanismes d'adaptation et l'impact des événements historiques.
• Applications pratiques en conservation et en élevageAide à identifier des individus génétiquement divers pour l'élevage et la conservation, garantissant la santé génétique et la résilience.
• Intégration Technologique AvancéeUtilise des technologies de pointe et des outils de bioinformatique, avec CD Genomics fournissant des données précises et de haute qualité pour des recherches approfondies.
• Une flexibilité de multiplexage étendue et un séquençage à haut débit permettent de détecter un grand nombre de SNP, d'InDels, de CNV et de CV.
• Efficace en termes de temps et de coût.
• Dédier un soutien de la part de scientifiques spécialisés de niveau doctorat.

Applications de l'évolution des populations

• Recherche sur le mécanisme de la domestication artificielleLa relation génétique entre les populations de type sauvage et domestiquées a été déduite par une analyse génétique des deux populations, puis des gènes clés liés à des traits économiques importants ont été identifiés, ce qui a fourni de bonnes orientations pour l'élevage agricole des animaux et des plantes.
• Analyse du mécanisme de la sélection naturelleLes gènes sélectionnés dans le processus d'évolution adaptative peuvent être découverts grâce à la recherche sur des populations provenant de différentes zones géographiques, fournissant ainsi des ressources génétiques adaptatives environnementales pour le travail de sélection.
• Recherche sur l'histoire de la populationEn analysant l'origine possible des espèces et les informations sur la variation génétique de la population dans chaque zone de distribution, le processus d'évolution des espèces peut être exploré.

Flux de travail de l'évolution de la population

CD Genomics propose des services d'évolution des populations qui incluent la collecte d'échantillons, Séquençage de l'ADNet une analyse bioinformatique complète. Ces services évaluent la variation génétique, les mécanismes d'adaptation et les dynamiques évolutives. Grâce à une interprétation détaillée des données, ils offrent des informations essentielles sur l'histoire des populations, la diversité génétique et les stratégies de conservation, soutenant les efforts pour maintenir la santé génétique et la biodiversité.

Spécifications de service

	Exigences d'échantillon Différentes sous-espèces et lignées de la même espèce Groupes de différentes distributions géographiques au moins 10 échantillons pour chaque groupe, et la taille totale de l'échantillon ne doit pas être inférieure à 30 Plateforme Illumina : gDNA ≥ 1 μg Plateforme PacBio/ONT : gDNA ≥ 10 μg Pureté de l'échantillon : le rapport OD260/280 doit être compris entre 1,8 et 2,0. Tout l'ADN doit être traité avec de l'ARNase et ne doit montrer aucune dégradation ni contamination. Remarque : Les montants d'échantillons sont indiqués à titre de référence uniquement. Pour des informations détaillées, veuillez contactez-nous avec vos demandes personnalisées.
Cliquez	Stratégie de séquençage Plateforme Illumina : bibliothèque de 350 pb, ≥ 10 X Plateforme PacBio/ONT : ≥10kb, ≥ 30X
	Analyse bioinformatique Nous proposons plusieurs analyses bioinformatiques personnalisées : Analyse comparative Annotation SNP de la population Analyse en composantes principales de la population Analyse de la structure génétique des populations Analyse de déséquilibre de liaison Analyse du flux génétique …et plus encore Remarque : Les sorties de données et les contenus d'analyse recommandés affichés sont à titre de référence uniquement. Pour des informations détaillées, veuillez contactez-nous avec vos demandes personnalisées.

Pipeline d'analyse

Livrables

• Les données de séquençage originales
• Résultats expérimentaux
• Rapport d'analyse des données
• Détails sur l'évolution de la population pour votre écriture (personnalisation)

Références

1. Nadeau N J, Ruiz M, Salazar P, et al. Génétique des populations des zones hybrides parallèles chez les papillons mimétiques, H. melpomene et H. erato. Recherche sur le génome2014, 24(8) : 1316-1333.
2. Le génome du bar européen et sa variation fournissent des informations sur l'adaptation à l'euryhalinité et la spéciation. Communications Nature, 2014, 5.

Les résultats partiels sont affichés ci-dessous :

1. Comment peut-on inférer la différenciation des sous-populations ?

La différenciation des sous-populations peut être déduite par une analyse méticuleuse des variations géographiques et environnementales. L'isolement géographique prolongé ou des disparités environnementales significatives entraînent souvent la formation de sous-populations distinctes. De plus, des facteurs tels que la dérive génétique et les pressions sélectives jouent des rôles cruciaux dans la promotion de la différenciation, conduisant à des signatures génétiques uniques au sein de chaque sous-population.

2. Quelle est la profondeur de séquençage recommandée pour les études sur l'évolution des populations ?

Pour obtenir des résultats précis et complets dans les études sur l'évolution des populations, une profondeur de séquençage d'au moins 10X est recommandée. Cependant, des profondeurs plus élevées, telles que 30X ou 50X, peuvent être justifiées pour des analyses spécifiques, comme la détection de variants structurels ou des enquêtes évolutives détaillées. Ces profondeurs accrues améliorent la précision de l'identification des variations génétiques et renforcent la fiabilité des résultats de l'étude.

3. Quels critères devraient être utilisés pour sélectionner les populations de recherche ?

La sélection des populations de recherche doit être basée sur des caractéristiques de sous-populations claires et distinctes, telles que les différences entre les types sauvages et domestiqués ou les populations provenant de diverses régions géographiques. Il est impératif d'acquérir des échantillons représentatifs de chaque sous-population pour garantir l'exactitude et la validité de l'analyse. Établir des distinctions claires entre les sous-populations améliore notre compréhension de la variation génétique et des dynamiques évolutives.

L'analyse de 427 génomes révèle la structure de la population de bambou moso et la base génétique des traits de propriété.

Journal : Communications Nature
Facteur d'impact : 17,7
Publié : 15 septembre 2021

Contexte

Bambou MosoPhyllostachys edulis), couvrant 74 % des zones de bambou mondiales et vital pour l'économie chinoise, fait face à des défis de croissance en raison des impacts environnementaux et humains. Reséquençage de l'ensemble du génome (WGRS) de 427 échantillons provenant de 15 régions aide à découvrir des variations génétiques, fournissant des informations sur son histoire évolutive et des traits pertinents pour les propriétés du bambou.

Matériaux et Méthodes

Résultats

Le séquençage de génome entier à grande échelle (WGRS) de 427 échantillons de bambou moso provenant de 15 régions a révélé une faible diversité génomique, avec une densité moyenne de SNP d'un par 351 paires de bases. La plupart des SNP ont été trouvés dans des régions intergéniques, avec un ratio de substitutions non synonymes à synonymes plus élevé par rapport à d'autres plantes. Cette faible diversité suggère une petite taille de population effective et un pool génétique limité pour les futures sélections.

Fig. 1 : Le paysage de l'échantillonnage et des variants chez les individus de bambou moso séquencés.

La sélection équilibrante joue un rôle clé dans l'adaptation du bambou moso à son environnement, maintenant la diversité génétique malgré une faible divergence globale. L'analyse a identifié 83 régions génomiques significatives liées à la sélection équilibrante, avec des gènes impliqués dans la résistance aux maladies et les réponses environnementales montrant des variations à haute fréquence. Cela suggère que la sélection équilibrante aide à maintenir la diversité génétique et soutient l'adaptation.

Fig. 2 : La sélection équilibrante dans la population de bambou moso sous-tend l'adaptation.

Une GWAS du bambou moso a révélé des variants génétiques associés à des traits tels que la hauteur des chaumes et la résistance mécanique. Les SNPs analysés ont identifié des marqueurs significatifs liés aux propriétés de la paroi cellulaire et à l'adaptation environnementale. Des gènes clés, tels que la cinnamoyl-CoA réductase, influencent des traits comme les niveaux de lignine, fournissant des informations pour la sélection et la recherche génétique.

Fig. 3 : GWAS des traits de propriété importants.

Conclusion

Le séquençage du génome complet du bambou Moso a révélé une faible diversité génétique mais une forte hétérozygotie en raison de la reproduction asexuée. La conservation devrait se concentrer sur des populations diverses, et comprendre les variations génétiques peut améliorer la reproduction et la gestion durable des forêts.

Référence

1. Zhao H, Sun S, Ding Y, et al. Analyse de 427 génomes révèle la structure de la population de bambou moso et la base génétique des traits de propriété. Nature Communications2021, 12(1):5466.