Génotypage

28 décembre 2008

La génétique des populations a développé un tas de modèles théoriques afin d’expliquer l’effet des forces évolutives (mutation, sélection, migration…) sur le polymorphisme génétique au sein d’une population. C’est bien beau tous ces modèles théoriques mais si ça ne correspond pas à la réalité… C’est pour ça que certains chercheurs vont sur le terrain échantillonner des individus (entre autres, parce que le chercheur aime bien aussi quitter la pénombre de son labo pour aller au contact de la nature).

Il va donc sur le terrain pour récolter des échantillons d’ADN afin de les comparer à son petit modèle. Par exemple, si une population se reproduit de façon très consanguine, on devrait le voir par le déficit en hétérozygotes qu’un tel régime de reproduction entraîne.

Selon la population étudiée, fougère, méduse, tapir ou homme (pour ne citer que ceux-là), les conditions d’échantillonnage diffèrent un peu. Par exemple, concernant l’homme, des considérations éthiques sont généralement requises. Quant aux plantes, elles sont plus faciles à attraper que les tapirs…

Une fois que le chercheur a bien crapahuté, il rentre au labo pour analyser et confirmer (de temps à autres) les belles hypothèses qu’il a dans la tête. Pour ce faire, il commence par extraire l’ADN des échantillons. En gros, cette étape ressemble à de la cuisine, mais il faut bien remettre tous les ingrédients à leur place…

Ensuite, pour chaque échantillon, il génotype plusieurs locus. Un locus est une position le long d’un morceau d’ADN. Et donc, lorsque l’on dit « j’ m’en vais génotyper un locus », on entend par là qu’on cherche à savoir comment est l’ADN à cette position-là précisément. Le but final est de connaître comment est l’ADN en une position donnée chez tous nos individus (cad dans tous les échantillons récoltés). Si les individus sont très proches les uns des autres (dans le sens d' »apparentés »: frère-soeur, père-fils…), il y a une forte chance qu’ils aient le même ADN a un locus donné, c’est-à-dire le même « génotype ». La phase de génotypage consiste donc à révéler le génotype d’un individu à locus donné.

Il existe plusieurs façons de regarder le génotype d’un individu à un locus donné mais je ne vais en détailler qu’une. Généralement, on travaille avec des « microsatellites ». Ces petites bêtes-là sont des séquences de dinucléotides répétés à la queue leu leu un grand nombre de fois, par exemple CACACACACACACA, simplifié en (CA)_7. Disons que le chercheur s’intéresse à 10 locus. Dans certains échantillons, le même locus sera sous la forme (CA)_7, dans d’autres (CA)_9 et peut-etre même dans quelque uns sous la forme (CA)_6. Et ainsi de suite pour chacun des 10 locus. Un même locus peut donc prendre différentes formes (ou types, ou ce que vous voulez), on parle d’« allèles ». On dira par exemple que (CA)_7 correspond à l’allèle 1, (CA)_9 à l’allèle 2, etc…

Une fois que c’est fait, le chercheur est tout content parce qu’il dispose de DONNÉES ! Voici à quoi ça ressemble:

  • l’individu 1 possède l’allèle 1 au locus 1, l’allèle 3 au locus 2 et l’allèle 2 au locus 3;
  • l’individu 2 possède l’allèle 2 au locus 1, l’allèle 3 au locus 2 et l’allèle 2 au locus 3;
  • l’individu 3 possède l’allèle 1 au locus 1, l’allèle 2 au locus 2 et l’allèle 3 au locus 3;

Et avec tous ces beaux chiffres, le chercheur va pouvoir analyser plein de choses: le système de reproduction, la différentiation de la population, les distances génétiques, le déséquilibre de liaison… mais j’y reviendrai dans d’autres billets !

Images: Veronique Debord, kqedquest, gfish3000 (N.B.: son image de gel est à l’envers mais elle est plutôt jolie…)


Population

21 décembre 2008

Au début de l’un de ses récents billets, Enro indique qu’il est possible de parler de choses fondamentales sur un blog de science: heureusement ! Mais c’est bien de souligner qu’un blog ne parle pas forcément (que) d’actualités… Du coup, ça m’a donné envie de discuter l’une de mes dernières lectures, d’autant plus que ça concerne bien ce dont j’ai parlé sur mon blog jusqu’à maintenant, c’est-à-dire de biologie, d’évolution et de génétique des populations.

Voici déjà quelques extraits comme entrée en matière (celui qui trouve l’auteur de ces lignes et le livre duquel elles sont issues, je lui lève un toast en cette période de fête):

[…] causation in nature is regulated by laws that can be stated in mathematical terms.

With Plato, it gave rise to essentialism, with Galileo to a mechanistic world picture, and with Descartes to the deductive method.

It was not until the ninetenth century that a new and different way of thinking about nature began to spread, so-called population thinking.

There is no ‘typical’ individual, and mean values are abstractions.

The statistics of the essentialist are quite different from those of the populationnist.

The most interesting parameter in the statistics of natural population is the actual variation, its amount, and its nature.

Ces quelques lignes mettent en exergue la différence profonde, fondamentale, qu’il y a entre étudier le constituant X sachant que tous les X du monde se valent (l’atome d’hydrogène par exemple), et étudier une population d’entités X_i, entités plus ou moins similaires à leur « moyenne » X (les individus d’une même espèce par exemple).

Et de ce constat découlent les deux dernières phrases citées, que l’on peut grossièrement paraphraser en disant que la variation n’a pas le même statut en physique qu’en biologie. Dans le premier cas, on parle de « variation » en terme de mesure et précision (par exemple, ma taille est de 1,90 m +- 1 cm), c’est un paramètre; dans le deuxième cas, la variation fait partie intrinsèque du phénomène étudié, c’est un opérateur.

C’est peut-être là le malentendu qui a mené certains à essayer de « réduire » la biologie à la physique, et d’autres à distinguer formellement « biologie fonctionnelle » et « biologie évolutive ». Car c’est justement en parlant d’évolution que le « population thinking » apparaît. C’est ce qui sous-tend la théorie de la sélection naturelle de Darwin:

Grâce à cette lutte [pour la vie], les variations, quelque faibles qu’elles soient et de quelque cause qu’elles proviennent, tendent à préserver les individus d’une espèce et se transmettent ordinairement à leur descendance, pourvu qu’elles soient utiles à ces individus dans leur rapports infiniment complexes avec les autres êtres organisés et avec la nature extérieure. Les descendants auront, eux aussi, en vertu de ce fait, une plus grande chance de persister; car, sur les individus d’une espèce quelconque nés périodiquement , un bien petit nombre peu survivre. J’ai donné à ce principe, en vertu duquel une variation si insignifiante qu’elle soit se conserve et se perpétue, si elle est utile, le nom de sélection naturelle.

Charles Darwin, L’Origine des espèces (1859), Flammarion, traduction d’Edmond Barbier, pp.110-111.

Certains vont même encore plus loin:

Evolutionary dynamics act on populations. Neither genes, nor cells, nor individual evolve; only population evolve.

Lieberman, E., C. Hauert, and M. A. Nowak (2005, January). Evolutionary dynamics on graphs. Nature 433 (7023), 312-316.

Voilà comment je l’entend: parler d’évolution revient à parler du changement de fréquence de quelque chose, et comme on ne parle de fréquence que dans une population… En fin de compte, c’est bien la population dans son ensemble qui évolue, et non les entités qui la composent. Mais bon, selon moi, ces auteurs formulent mal leur idée: il faut quand même que certaines entités changent dans la population pour que l’on puisse dire si celle-ci évolue… Et donc, de là à dire que les gènes n’évoluent pas…

Quoi qu’il en soit, il existe bel et bien une différence entre « l’essentialisme » de Platon et le « population thinking » de Darwin, et ça ouvre énormément de sujets à discuter (cool !):

  • des aspects historiques, et l’auteur de s’interroger sur pourquoi l’homme a-t-il commencé par conceptualiser sa connaissance à la sauce « essentialiste »;
  • des aspects pratiques comme la question de la « classification » (s’arracher les cheveux sur la définition d’une espèce);
  • des aspects mathématiques, les études de populations étant très souvent liées à la théorie des systèmes dynamiques.

Croissance logistique


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