Influence de l'histoire des métissages sur l'évolution génétique des populations hybrides – METHIS

Le projet METHIS développe un logiciel informatique permettant de simuler des données génétiques à l’échelle du génome entier sous un très grand nombre de processus possibles de métissages complexes. Il permet également, grâce à des approches statistiques intensives, de déterminer, parmi un très grand nombre de simulations effectuées, lesquelles produisent les données génétiques les plus proches de celles observées. Les scénarios historiques détaillés ayant produit les simulations les plus proches des données réelles sont aussi les plus probables pour expliquer l’histoire évolutive des populations étudiées. Ce logiciel permettra, premièrement, de produire des simulations pour prédire la diversité génétique future d’une population soumise à un processus connu de métissage, comme dans les programmes de réintroduction biologique. Deuxièmement, il permettra de reconstruire l’histoire évolutive passée et inconnue des populations métissées, à partir de données génétiques actuelles. Pour reconstruire l’histoire récente des métissages au Cap Vert, nous échantillonnerons l’ADN de nombreux individus sur chaque île de l’archipel, et analyserons l’ADN pour plus de deux millions de marqueurs génétiques. A l’aide de ces outils et des données génétiques de référence dans de nombreuses populations mondiales, nous reconstruirons les origines génétiques multiples des populations capverdiennes. Nous déterminerons également quels grands évènements historiques, comme la fin du commerce triangulaire ou l’abolition de l’esclavage, ont influencé les métissages et la diversité génétique actuelle des capverdiens. Enfin, des données linguistiques sur la langue Créole du Cap Vert seront collectées en parallèle des données génétiques ce qui permettra également de reconstruire l’histoire des métissages culturels dans l’archipel.

Le premier résultat marquant du projet METHIS est que les métissages génétiques et la construction du créole capverdien (le Kriolu) ont suivi, sur l’île principale de Santiago, des histoires parallèles depuis la colonisation portugaise de l’archipel. L’analyse de millions de marqueurs génétiques a permis de retracer l’origine des populations sources de Santiago, à partir de populations de la péninsule ibérique en Europe et de certaines populations de Sénégambie en Afrique de l’Ouest suite à la déportation d’esclaves africains vers l’archipel à partir du début du 16e siècle. En croisant ces données avec des données sur le métissage linguistique à la base du Créole capverdien, nous avons montré que plus un individu utilise fréquemment des mots d’origine africaine dans sa façon de parler Kriolu, plus il était probable qu’il ait un niveau élevé de métissage génétique d’origine africaine. Ce résultat n’indique aucunement la présence d’un quelconque « gène de la langue Kriolu », il s’explique par une histoire de métissages génétiques parallèle à celle de la construction du Kriolu sur Santiago au Cap Vert. Ces résultats ont été publiés en août 2017 dans la revue Current Biology, et illustrent la complexité des mécanismes historiques à l’origine de la diversité biologique et culturelle dans les populations humaines.

Les perspectives finales du projet METHIS sont 1) de fournir à la communauté scientifique des généticiens et des écologistes, un logiciel de simulation d’histoires de métissages complexes couplé à des outils statistiques de reconstruction des paramètres de l’histoire évolutive sous-tendant la diversité génétique observée ; et 2) de reconstruire l’histoire des métissages ayant influencé l’évolution génétique d’une espèce de plante hybride dans un programme de réintroduction en forêt de Fontainebleau, et l’évolution de la population humaine au Cap Vert depuis le 15e siècle. Ce projet permettra de développer de nouvelles collaborations pour travailler sur d’autres espèces animales ou végétales autour des problématiques écologiques de conservation de la biodiversité et de réintroduction d’espèces en danger. Enfin, METHIS a d’ores et déjà fait émerger une nouvelle collaboration avec l’Université de Toronto (Canada) et celle de Médecine de La Havane (Cuba), afin de reconstruire l’histoire des métissages humains à Cuba.

Un article a été publié dans Current Biology sur l’histoire complexe des métissages génétiques et linguistiques sur l’île de Santiago au Cap Vert.
Un autre article, publié dans Theoretical Population Biology, développe les attendus théoriques sur la diversité génétique dans des modèles de métissages complexes, donnant ainsi un cadre formel à l’interprétation des résultats obtenus par des études pratiques de métissages génétiques pour de nombreuses espèces animales ou végétales.

L’étude de la diversité génétique des populations hybrides chez de nombreuses espèces végétales et animales, y compris chez l’homme, a permis aux généticiens des populations de reconstruire les migrations passées, détecter les signatures de sélection naturelle et identifier les gènes associés à des phénotypes d'intérêt. La plupart de ces études considèrent un cadre statistique simple pour décrire la structure génétique des populations hybrides et évaluer l'influence du métissage sur leur diversité génétique. Cependant, ces modèles statistiques sont, par essence, incapables de tenir compte de la complexité connue des processus de métissage. Par exemple, dans le cas de la conservation, des programmes de restauration de populations impliquent souvent des métissages complexes, basés sur des introductions récurrentes d’individus et leur hybridation avec les populations préexistantes. Chez l’homme, des populations isolées se sont rencontrées au cours de l’histoire suite aux vagues de colonisation, aux déplacements forcés et aux migrations. Enfin, les métissages entre communautés sont déterminés par les règles socioculturelles sur les mariages en présence de conflits ou de discriminations ethniques, d'esclavage, de systèmes de castes ou de clans.

En l'absence de modèles réalistes, les généticiens des populations ne peuvent pas reconstituer l’histoire des métissages à partir de données génétiques, ni même comprendre et prédire comment le processus de métissage lui-même influence la diversité génétique des populations hybrides. Pour combler ces lacunes, nous avons récemment publié un modèle analytique de métissage considérant plusieurs populations sources contribuant au patrimoine génétique d'une population hybride à des taux variables au fil du temps. Théoriquement, nous avons démontré que ce modèle permet de reconstruire les histoires des métissages complexes à partir des données génétiques.

Le projet METHIS vise à développer un nouveau cadre méthodologique pour étudier, reconstruire et prédire la façon dont ces histoires des métissages complexes affectent la diversité génétique et l’évolution des populations hybrides. Nous commencerons par améliorer notre modèle, en y incorporant certaines forces comme l'homogamie et la sélection naturelle, souvent négligées bien qu’elles influencent la diversité génétique des populations hybrides. Cela améliorera nos inférences et élargira nos champs d’applications. Nous développerons ensuite de nouveaux outils informatiques afin d’appliquer ces modèles théoriques à l'étude des données génétiques des populations hybrides. Ainsi, nous développerons un simulateur de données génétiques sous nos modèles de métissage complexe, prédisant la diversité génétique attendue pour des scénarios d'intérêt. Ce nouveau simulateur sera ensuite couplé avec des méthodes d’Approximate Bayesian Computations, spécifiquement adaptées pour estimer, à partir de données génétiques, les paramètres des modèles de métissage complexe ayant donné naissance aux populations hybrides étudiées.

Nous appliquerons ces nouveaux outils à deux cas d’étude. Le premier concerne Arenaria grandiflora, une plante soumise depuis 1999 à un programme de réintroduction visant à restaurer cette espèce en forêt de Fontainebleau où elle est en voie d’extinction. Nous allons reconstruire et prédire l'influence des métissages sur la survie et l'adaptation de cette plante à l’aide des données génétiques disponibles. Le deuxième cas concerne l’histoire récente des métissages humains. Nous générerons de nouvelles données génétiques à l’échelle du génome entier chez 400 individus du Cap-Vert. En fusionnant ces nouvelles données avec celles disponibles pour des populations africaines, européennes, américaines et caribéennes, nous pourrons reconstruire et étudier l’influence des différentes histoires de métissage sur la diversité génomique de ces populations héritières, de chaque côté de l'Atlantique, de la colonisation européenne et du commerce triangulaire.