Approches en génétique des populations pour comprendre l'histoire des populations d'Océanie

Genomic insight into the history of Oceanian populations : implication for human evolution and health

• Auteur / Autrice : Jérémy Choin
• Direction : Lluis Quintana-Murci, Antoine Gessain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique, omiques, bioinformatique et biologie des systèmes
• Date : Soutenance le 25/10/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Génétique évolutive humaine
• Partenaire(s) de recherche : partenaire de recherche : Institut Pasteur
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Achaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Achaz, Lisa Matisoo-Smith, Johannes Krause, Heidi Colleran
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lisa Matisoo-Smith, Johannes Krause

Mots clés

Mots clés contrôlés

Océanie

Mutation (biologie)

Sélection naturelle

Démographie historique

Génomique

Mots clés libres

Océanie

Génomique

Histoire démographique

Sélection naturelle

Fardeau de mutations délétères

Oceania

Genomics

Demographic history

Natural selection

Burden of deleterious mutations

Résumé

L'étude de la région de l'Océanie est d'une grande importance pour comprendre l'histoire évolutive de l'homme moderne. En effet, les peuples actuels de cette région sont les descendants de deux vagues de migrations distinctes: La plus ancienne daté d'environ 45 000 ans et une beaucoup plus récente datée d'environ 3 500 ans. De plus, l'étude des mutations et de la diversité génétique humaine, est primordiale pour mieux comprendre la susceptibilité des individus face aux maladies. L'amélioration des techniques de séquençages de l'ADN, combinée aux mathématiques et statistiques, nous permet d'en apprendre davantage sur la façon dont la sélection naturelle élimine les mutations pouvant causer des maladies ainsi que sur l'adaptation génétique des populations humaines à leurs environnements climatiques, nutritionnels et pathogènes extrêmement variés. La région de l'Océanie, par son environnement insulaire, est un excellent modèle pour tester des hypothèses fondamentales quant à l'étude de la diversité des populations humaines et des maladies. Plus précisément, ce projet a pour but de mieux comprendre la façon dont les changements de taille des populations ainsi que les évènements de métissage, ont affecté la force de la sélection naturelle, en utilisant comme modèle d'étude, les populations insulaires d'Océanie. Ainsi, nous avons séquencé l'ADN de 317 individus répartis en 20 populations et couvrant l'ensemble des régions géographiques à la base de l'histoire du peuplement de l'Océanie proche et lointaine. Plus précisément les objectifs de ma thèse sont les suivants: (i) caractériser la diversité génétique de ces populations, (ii) retracer les différents évènements constituant leur histoire démographique et enfin (iii) évaluer la purge des mutations délétères, donc des mutations pouvant causer des maladies, dans ces populations. Dans sa globalité, cette étude nous à permis d'éclairer la façon dont les populations humaines se sont adaptées, ou mal adaptées (augmentant ainsi le risque de maladie) à de nouveaux environnements, dans une région du monde qui a été largement négligée dans les études scientifiques.

Oceania is key to understand human evolution history, as contemporary Pacific islanders descend from two highly divergent, ancestral groups, who represent the early out-of-Africa dispersal > 45,000 years ago and the most recent expansion into empty territories < 1,000 years ago. Furthermore, Oceanians carry in their genomes the highest degree of combined Neanderthal and Denisovan ancestry of all human groups. Ultimately, the region of Oceania is of major importance for addressing questions related to human dispersal, interactions with archaic hominins and natural selection processes. The improvement of DNA sequencing methods, combined with the development of mathematical and statistical frameworks, can provide insight into both the way natural selection removes disease-causing mutations from human populations and their potential to adapt to a broad range of climatic, nutritional, and pathogenic conditions. Oceania, owing to its insular environment, provides with an excellent model to test important hypotheses for the study of human genetic diversity and medical research. In this context, the aims of this thesis are to bring knowledge on the demographic and adaptive past of Oceanian islanders and to the question of how population size changes and admixture affect the burden of deleterious mutations in these populations. To do so, we have sequenced the whole genomes of 317 individuals from 20 populations that cover the geographic transect at the basis of the peopling history of Near and Remote Oceania. Specifically, we have (i) characterized the genetic diversity of these populations at high-resolution, (ii) reconstructed their past demographic history in terms of divergence, migration and population-size changes, and finally (iv) evaluated their burden of deleterious mutations. All combined, this thesis project increased our understanding of how Oceanian populations have adapted, or maladapted (thus increasing the risk of developing diseases) to new environments, in a region of the world that has been largely neglected in genomic studies.