Inférence de l'histoire évolutive de la population malgache à partir de données génomiques

Inferences of Malagasy Evolutionary History from Genomic Data

• Auteur / Autrice : Omar Alva Sánchez
• Direction : Denis Pierron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Anthropobiologie
• Date : Soutenance le 28/09/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Évolution et Santé Orale (Toulouse ; 2021-....)
• Jury : Président / Présidente : Monique Courtade-Saïdi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Letellier, Chantal Radimilahy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Raymond, Etienne Patin, Jean-Pierre Mazat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Population

Madagascar

Anthropologie pathologique

Métagénomique

Mots clés libres

Évolution

Anthropologie

Admixture

Peuplement

Madagascar

Génétique

Evolution

Anthropology

Admixture

Settlement

Madagascar

Genetics

Résumé

Les récentes avancées en anthropologie moléculaire ont permis d'éclairer l'histoire du peuplement de la terre par l'espèce humaine. Confrontées à de nouveaux environnements, les populations humaines se sont adaptées tant génétiquement que culturellement. Au cours de ces processus de peuplement, elles se sont progressivement diversifiées au niveau génomique du fait de mutations, de dérives génétiques et d'effets fondateurs. Au cours de cette thèse, nous avons exploré les conséquences de l'histoire évolutive humaine sur la diversité génétique et son impact sur la santé des populations actuelles. Nous nous sommes particulièrement intéressés à l'effet des processus d'admixture (mélange de population) et de peuplement de nouveaux milieux sur le partage d'éléments génétiques entre individus. Nous avons de plus étudié les effets de ces processus sur l'efficacité de la sélection naturelle sur les mutations génétiques rendant non fonctionnelle les protéines. Pour cela nous nous sommes focalisés sur la population humaine vivant actuellement à Madagascar et issue d'un brassage génétique qui s'est produit au cours du dernier millénaire, entre des populations africaines de langue bantoue et des populations asiatiques de langue austronésienne. Dans ce travail, nous avons donc cherché à comprendre comment l'histoire humaine du peuplement de l'île influence la quantité de mutations génétiques délétères des individus vivant actuellement à Madagascar. Dans un premier temps, nous avons réalisé un travail bibliographique pluridisciplinaire (historique, linguistique et génétique) couvrant plus de deux siècles de travaux scientifiques pour lister et identifier différents scénarios plausibles de peuplement de Madagascar. Dans un second temps, en étudiant les données issues du génotypage de 700 individus malgaches, nous avons testé la vraisemblance de ces différents scénarios avec la diversité génétique des individus vivant sur Madagascar actuellement. Ainsi, grâce aux progrès récents des algorithmes bioinformatiques, nous avons décidé de mettre en œuvre la modélisation génétique de l'histoire évolutive humaine, en lançant des simulations informatiques pour en déduire l'histoire démographique et la migration des populations malgaches. La comparaison des données observées et des données issues de simulations en termes de partage de segments chromosomiques a permis de rejeter plusieurs scénarios couramment répandus à Madagascar qui ne sont pas compatibles avec les données empiriques. A l'inverse, nous avons mis en évidence un phénomène de goulot d'étranglement lors du peuplement qui a conduit le plus probablement à la diversité génétique observée à Madagascar. Ainsi, nous avons déduit que les ancêtres asiatiques de la population malgache ont vécu isolés pendant environ 1000 ans, avec une taille effective de seulement quelques centaines d'individus. Cet isolement ayant pris fin environ 1000 ans avant le présent. Dans un troisième temps, nous avons analysé 67 génomes complets (WGS) d'individus malgaches afin de rechercher l'impact de cette histoire démographique sur la variation fonctionnelle. Nous avons en particulier étudié l'effet du goulot d'étranglement pour les ancêtres asiatiques sur la fréquence des mutations délétères. Ainsi nous avons produit un catalogue des mutations dérivées présentes à Madagascar au niveau de génome complet, en identifiant des milliers des mutations potentiellement délétères qui pourront être interrogées dans des travaux futurs. En conclusion, ce travail de doctorat d'anthropologie permet de mieux appréhender comment différents scénarios de peuplement d'un nouveau territoire peuvent influencer de manière différente le génome des populations actuelles de ce territoire. De plus, ce travail souligne la complémentarité et le dialogue nécessaire entre les sciences humaines, les sciences environnementales, les sciences de l'information et les sciences bio-médicales pour comprendre la santé des populations humaines.

Recent advances in molecular anthropology have shed light on the history of the peopling of the world by the human species. Faced with new environments, human populations have adapted both genetically and culturally. During these settlement processes, they gradually diversified at the genomic level due to mutations, genetic drift and founder effects. During this thesis, we explored the consequences of human evolutionary history on genetic diversity and its impact on the health of current populations. We were particularly interested in the effects of admixture processes and the arrival to new environments on the sharing of genetic elements between individuals. We further investigated the effects of these processes on the efficacy of natural selection, where genetic mutations disrupt the function of proteins. For these reasons, we focused on the human population currently living in Madagascar. Previous genetic and linguistic analyzes have shown that the Malagasy population is the result of a genetic admixture that has occurred over the last millennium, between Bantu-speaking African populations and Austronesian-speaking Asian populations. During this work, we therefore sought to understand how the human history of the settlement of the island has influenced the amount of deleterious genetic mutations carried by individuals currently living in Madagascar. First, we conducted a multidisciplinary bibliographic work (historical, linguistic and genetic) covering more than two centuries of scientific work, listing and identifying different plausible scenarios for the settlement of Madagascar. Secondly, by studying data from the genotyping of 700 Malagasy individuals, we tested the similarity of these different scenarios with the genetic diversity of Malagasy individuals. Thus, thanks to recent advances in bioinformatics algorithms, we decided to implement genetic modeling of human evolutionary history, launching computer simulations in order to deduce the demographic history and migration events of Malagasy populations. The comparison of empirical and simulated data, in terms of the sharing of chromosomal segments, made it possible to reject several scenarios previously proposed in Madagascar, as they are not compatible with the empirical data. Conversely, we detected a bottleneck phenomenon happening before the admixture, which most probably led to the genetic diversity observed in Madagascar. Thus, we deduced that the Asian ancestors of the Malagasy population lived in isolation for about 1000 years, with an effective size of only a few hundred individuals. This isolation ended about 1000 years before the present. Thirdly, we analyzed 67 complete genomes (WGS) of Malagasy individuals in order to investigate the impact of this demographic history on functional variation. In particular, we studied the effect of the bottleneck for Asian ancestors on the frequency of deleterious mutations. We produced a catalog of derived mutations present in Madagascar at the whole genome level, identifying thousands of potentially deleterious mutations that can be interrogated in future works. In conclusion, this anthropology doctoral thesis allows us to better understand how different settlement scenarios can influence differently the genome of the current populations inhabiting this territory. In addition, this work underlines the complementarity and the necessary dialogue between the human sciences, the environmental sciences, the computational sciences and the biomedical sciences, all in order to better understand the health of current human populations.