Population structure and genome-wide association in the malaria vectors Anopheles gambiae and Anopheles coluzzii

par Seth Redmond

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Kenneth Vernick.

Soutenue le 23-02-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Institut Pasteur de Paris (laboratoire) .

Le jury était composé de George Christophides, David Weetman, Dominique Higuet.

  • Titre traduit

    Structure de population et large génome association dans les vecteurs de malaria Anopheles gambiae et Anopheles coluzzii


  • Résumé

    Malgré le succès des insecticides pour le contrôle du paludisme, la transmission continue dans la plupart des pays d’Afrique sub-saharienne. La recherche pour de nouveaux moyens de contrôle (plus spécialement la modification génétique des populations vecteurs), ou l'utilisation plus efficace des contrôles actuels, vont nécessiter une recherche sur les structures de populations de moustiques et les processus d’immunisation qui importent pour la transmission du Plasmodium chez les moustiques sauvages. Par ailleurs, l’utilisation des techniques d’association génomique ‘GWAS’ est basée sur un réelle compréhension des structures des populations.Ma thèse inclura une description detaillée du système immunitaire du moustique, basée sur la recherche actuelle et des comparaisons génomiques; ainsi que des descriptions des principales voies immunitaires, et des gênes potentiels mal-caracterisés qui peuvent être trouvés dans une étude GWAS. Ainsi qu’une description des connaissances actuelles des structures des populations, dont la speciation du gambiae / coluzzii, et les effets des grandes variations structurelles.Je présenterai le développement d’un nouveau moyen d'identification des variations structurelles ; utilisant les techniques d’ “apprentissage automatique” permettant d'identifier les karyotypes directement à partir des séquences haut-débit, menant à des résultats d’une précision sans précédent.Je présenterai également la première vraie cartographie génomique du ‘tout-génome’ du moustique. Les colonies sont fondées par des moustiques sauvages; les fondateurs sont controlées par strates, incluant également des sous-espèces et variations structurelles majeures. Avec ces colonies une méthode innovant de cartographie est utilisée: dans un premier temps, une identification des grandes régions au sein des groupes phenotypées par la perte de hétérogénéité; puis dans un second temps, le génotypage individuel ‘Sequenom’ sera utilisé pour une cartographie exacte. Cette méthode est utilisée pour l’identification d’une région avec un effet phenotypique sur la prévalence des infections dans la nature.Enfin, je suggèrerai comment ces techniques peuvent être importantes à l’avenir pour l’application du contrôle génomique dans la nature.


  • Résumé

    Despite successes in the use of insecticides in the control of malaria, malaria transmission continues in much of sub-saharan Africa. The search for novel methods of control (in particular genetic modification of vector populations), or of superior implementation of the currently available methods will require both greater knowledge of the population structure of the mosquito, and of the immune processes that are important in the wild. It is important to note that the mapping of novel immune genes, via genome wide association studies (GWAS) is predicated on a firm understanding of the population structure.My thesis will include a detailed description of the mosquito innate immune system based on current research and comparative genomics; this will illustrate the major pathways that might be employed in the anti-malarial response, and some potential uncharacterised genes that might be implicated in any GWAS study. It will also include a summary of what is known about the mosquito’s population structure, in particular the gambiae / coluzzii speciation event and the implication of chromosomal inversions in the speciation process.I will present the development of a novel approach to the identification of chromosomal inversions; using machine-learning techniques in order to call inversion karyotypes directly from sequence, leading to calls of unprecedented accuracy.I will also present the first truly genome-wide association study to have been performed in the mosquito. Strata-controlled populations of mosquitoes were derived from the wild, including restriction on the basis of subspecies and chromosomal inversion. A two-stage mapping design was then devised in which loss-of-heterozygosity is used to identify broad regions in phenotype pools, before fine-resolution mapping by Sequenom genotyping in individuals. This was used to identify a novel locus with a phenotypic effect on infection prevalence.Finally I will describe how these techniques and findings could be important in the future application of genetic control in the wild.

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