[Fiche de lecture] Grbic et al. 2015

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Alex
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[Fiche de lecture] Grbic et al. 2015

Message par Alex »

Bonjour,

Ces derniers jours, un ensemble d’échanges avec certains membres du forum qui ne manqueront pas de se reconnaître m’a amené à m’intéresser à l’article de Grbic et al. 2015 (Grbic, D., S. V. Saenko, T. M. Randriamoria, A. Debry, A. P. Raselimanana et al., 2015 Phylogeography and support vector machine classification of colour variation in panther chameleons. Mol Ecol 24: 3455–3466) (merci M@rtin pour la réf). Cet article apparaît comme révolutionnaire pour qui s’intéresse à Furcifer pardalis, puisque comme on peut le lire dans l’abstract :
Grbic et al. 2015 a écrit :Bayesian coalescent modelling suggests that most of the mitochondrial haplogroups could be considered as separate species
C’est une grosse remise en cause de ce qu’on peut tenir pour acquis sur cette espèce aujourd’hui. Pour cette raison, je me suis intéressé à ce papier. La génétique des populations et la coalescence ne sont pas mes spécialités, heureusement, j’ai pu bénéficier de l’aide de Luis dont c’est le sujet de thèse. Le travail que je restitue ici est avant tout le sien.

Deux éléments majeurs sortent de cette lecture critique :

1. Il y a un gros problème de fiabilité des données. En effet, celles-ci sont entachées d’un effet année qui n’est pas attendu, et qui fait craindre un artefact, par exemple dû à l'expérimentateur (ou stagiaire/doctorant qui aurait fait les manips cette année là ?). Cela invite le lecteur a la plus grande prudence quant à l’interprétation de ces données ; et ça aurait largement justifié d'éliminer de l'étude les données suspectes.

2. La rédaction de l’étude fait le choix de mettre volontairement en avant les données mitochondriales, quitte à mettre complètement sous le tapis (en Supplementary data, pour être exact) les données nucléaires. Les deux sources de données apportent une information complémentaire, il n’est pas permis de les interpréter indépendamment l’une de l’autre.

Je propose de discuter ces deux éléments majeurs dans cette fiche de lecture, en me focalisant sur le gène mitochondrial dans un premier temps, puis sur le gène nucléaire dans un second temps.

Un autre élément apparaît à la lecture de cet article, mais celui-ci est déjà commenté et pris en compte par les auteurs aussi nous n’insisterons pas dessus dans cette fiche :

3. Travailler sur 1 seul marqueur nucléaire et 1 seul marqueur mitochondrial est surprenant en 2015. On pourrait s’attendre à davantage d’exhaustivité (au moins sur l’ADN nucléaire) pour aborder cette question.

Finalement, et c’est le point le plus préoccupant de cette étude : les conclusions avancées notamment dans l’abstract ne sont pas supportées par les données. Dans une dernière partie, nous synthétiserons les écarts qu’il existe entre les résultats de cette étude et les suggestions de remise en cause de l’intégrité de l’espèce avancées par les auteurs.

Notions mobilisées

Avant d’entrer dans le vif du sujet, je souhaiterais revenir brièvement sur quelques bases de génétique qui permettent d’appréhender cette étude.

- L’ADN mitochondrial est hérité par la lignée maternelle. Il est transmis en l’état, de la mère à ses descendants. Par convention, la version d’un gène est appelée « haplotype ».
- Au contraire, l’ADN nucléaire d’un individu est issu de la fécondation et est donc un mélange de l’ADN de sa mère et de son père. Les ADN parentaux sont recombinés, c’est-à-dire « mélangés » avant d’être transmis. La version d’un gène est appelée « allèle », et chaque individu dispose de 2 allèles (un hérité de chaque parent).
- L’ADN mute régulièrement, et l’ADN transmis à la descendance comprend parfois une modification par rapport à la version parentale. Ces mutations n’ont parfois pas d’incidence (si elle est délétère, elle sera probablement éliminée). L’accumulation de ces mutations silencieuses témoigne donc de la généalogie d’un groupe d’individus apparentés (par exemple, une espèce).
- L’étude de cette généalogie en utilisant l’observation de la succession (probable) des mutations fait appel à la théorie de la coalescence, c’est la méthodologie qui est déployée dans cet article.

Puisque une illustration vaut mieux qu’un grand discours, voici une étude de coalescence permettant d’identifier l’existence de plusieurs espèces de Ludwigia, une plante dont certaines espèces sont invasives en Europe (Liu, S.-H., P. C. Hoch, M. Diazgranados, P. H. Raven, and J. C. Barber, 2017 Multi-locus phylogeny of Ludwigia (Onagraceae): Insights on infra-generic relationships and the current classification of the genus. taxon 66: 1112–1127.):
ex_Ludwigia.jpg
A gauche, plusieurs gènes nucléaires ont été utilisés pour produire un arbre phylogénique. A droite, l’arbre a été obtenu à partir de plusieurs gènes chloroplastiques (à hérédité maternelle chez Ludwigia, comme les mitochondries chez F. pardalis et chez l’Homme). La convergence de ces arbres, obtenus en utilisant plusieurs gènes, montre qu’une isolation génétique a modelé l’ensemble du génome (nucléaire et cytoplasmique) des Ludwigia qui sont donc considérées comme des espèces distinctes.

Gène mitochondrial

Le point le plus important qu’a remarqué Luis à la lecture de cet article est l’existence d’un effet année fort, qui n’est pas mentionné par les auteurs, et qui se détecte en repartant des données disponibles en Supplementary data (tableau S1).
mtDNA_years.jpg
En 2011, les auteurs génotypent une grande diversité d’haplotypes mitochondriaux chez les individus sauvages qu’ils ont échantillonné au Nord, Nord-Ouest, et Nord-Est de Madagascar. En 2012, ils ajoutent les échantillons obtenus à l’Est (autour de Nosy Boraha) (ce sont tous les individus les plus au Sud de l’étude). Sur les individus inclus en 2012, presque tous (97%, 71/73) partagent le même haplotype : H68, qu’ils soient insulaires (Nosy Boraha) ou provenant de la côte Malgache. Cette même année 2012, les auteurs génotypent également 26 caméléons captifs: 65% des caméléons captifs (17/26) manifestent également cet haplotype H68. Les 17 caméléons captifs qui portent l'haplotype H68 proviennent « à dire d’éleveur » d’Ambilobe-Est (5), de Nosy Mitsio (3), de S-A-A (4), d’Ankaramy (1) et de la côte Nord-Ouest (4).

Les auteurs concluent :
Grbic et al. 2015 a écrit :Second, our analyses indicate that the geographical origin claimed by sellers of panther chameleons on the pet market is often unreliable. Indeed, only three among these 26 individuals show haplotype/alleles matching those of the presumed locality. […] Such discrepancy can be explained by unsubstantiated commercial claims but also by undesired hybridization among captive bred individuals due to difficulties in identifying the geographical origin of females (because of their almost invariably dull coloration).
Etant donné la forte confusion entre l’obtention de l’haplotype H68 et l’année de génotypage, aussi bien pour les caméléons ramassés à l’Est de Madagascar que pour les caméléons captifs (pour des provenances aussi éloignées qu’Ambilobe ou Nosy Mitsio !), il est difficile d’exclure un effet expérimentateur cette année-là.

Pour cette raison, intéressons-nous uniquement aux données mitochondriales obtenues en 2011 sur les individus sauvages du Nord, Nord-Ouest et Nord-Est.
mtDNA_map.jpg

NB1 : il y a une confusion Ambilobe Est / Ambilobe Ouest dans le tableau S1, cette confusion est corrigée dans cette figure et les noms corrigés apparaissent avec une astérisque.
NB2 : la taille du piechart renseigne sur l'effectif qu'il représente.

Cette carte illustre la conclusion principale de l’article : l’existence d’une structuration très forte pour ce gène mitochondrial (on trouve 1 haplotype dominant par localité et peu de mélanges).

Gène nucléaire

De la même façon que pour le gène mitochondrial, le gène nucléaire manifeste un très fort effet année avec la sur-représentation de l’allèle A1 en 2012.
RAG1_years.jpg
NB: Il y a 2 fois plus d’allèles qu’il n’y a d’haplotypes mitochondriaux, car un individu porte 2 allèles pour un gène nucléaire.

Sur les individus échantillonnés à l’Est en 2012 (sur la côte Malgache et à Nosy Boraha), 93% des allèles génotypés sont l’allèle A1. Parmi les 26 individus captifs, 18 portent au moins une copie de l’allèle A1 dont 9 en portent 2 copies (homozygotes). Les individus homozygotes A1 proviennent « à dire d’éleveur » d’Ambilobe-Est (4), de Nosy Mitsio (2), de la côté Nord-Ouest (2) et de S-A-A (1).

L’argument des femelles difficiles à distinguer invoqué par les auteurs pour le gène mitochondrial ne tient pas la route dans le cas du gène nucléaire, car les individus disposant de 2 copies de ce gène nucléaire ont nécessairement hérité une copie provenant du mâle, or le mâle est plus facilement assigné à une localité que les femelles. Par ailleurs, si le gène A1 est réellement marqueur d’une localité Est & Nosy Boraha, il devrait être en déséquilibre de liaison avec les marqueurs phénotypiques (génes responsables de la coloration) de ces localités et ne devrait donc pas être présent ni dans la majorité des individus captifs génotypés cette année-là, ni encore moins à l’état homozygote chez 30% (9/26) d’entre eux.

Cela conforte donc l’idée qu’il y a un problème avec les données de génotypage de 2012. Continuons de nous focaliser sur les données de 2011, plus fiables.

Malheureusement, les auteurs n’ont pas regroupé les 102 allèles obtenus pour le gène nucléaire en clades, comme ils l’ont fait pour les haplotypes mitochondriaux. Cela rend donc plus contraignante la représentation graphique de ces allèles. Pour cette raison, simplifions la représentation en ne faisant apparaître que les 9 allèles les plus fréquents lorsque l’on se concentre sur le génotypage de 2011 (allèles A1 à A9). Ces 9 allèles sont tous ceux pour lesquels il existe au moins 12 copies. Tous ensemble, ils représentent plus de 66% du pool allélique total. Tous les autres allèles sont regroupés dans la catégorie : "other".
RAG1_map.jpg

Comme nous pouvons le voir, pour le gène nucléaire, l’image n’est pas du tout la même que celle obtenue avec le gène mitochondrial. Cela va dans le sens de la différence qu’il existe entre la figure S2, bien cachée dans le Supplementary data, et la figure 2 mise en avant dans l’article.

Il y a effectivement une structuration génétique cohérente spatialement. Cependant, les groupes sont interconnectés et forment un continuum. Ainsi, le groupe le plus isolé S.A.A. est connecté à S.B. par les allèles A1, A3 et A6. V-B est à son tour connecté aux populations Nord (par les allèles A2 et A5) et Nord-Ouest (allèle A2). Les populations insulaires de Nosy Be et Nosy Komba, ainsi que la côte Nord-Ouest, sont fortement connectées (allèles A2 et A4). L’allèle A9 est partagé entre les populations insulaires de Nosy Be et Nosy Komba et la population de l’Ouest d’Ambilobe. Ces inter-connectivités s’illustrent dans le tableau des Fst (demi-matrice supérieure droite de la table S2 en Supplementary data).

Ces résultats ne sont pas cohérents avec l’hypothèse que Furcifer pardalis serait un complexe d’espèces.

Les auteurs proposent l’hypothèse suivante pour expliquer cette différence de structuration entre haplotypes mitochondriaux et allèles nucléaires :
Grbic et al. 2015 a écrit :Moreover, slower fixation rates in nuclear vs. the mitochondrial genome make retention of nuclear ancestral polymorphisms more likely (Hare 2001), providing a possible explanation for the fact that 25 of the RAG1 alleles are shared among populations: for example, two alleles are present in 85 (groups A and B) and 88 (groups B and C) individuals, respectively (Table S1, Supporting Information).
C’est une piste. Une autre piste serait d’enquêter du côté de la biologie de la reproduction de l’espèce. Chez beaucoup de reptiles :
Vincent Noël, 2017. Reptilmag n°68 p. 25 a écrit :chacun vit sur son territoire, mais lorsque la période des accouplements arrive, le mâle part en quête d’une femelle qui, elle, ne bouge pas de son domaine. Le couple ne reste ensemble que quelques minutes à quelques jours, puis chacun vaque à ses occupations, celle du mâle étant souvent de chercher une autre femelle.
Un tel comportement reproducteur pourrait justifier la forte structuration géographique de l’ADN mitochondrial, hérité de femelle sédentaire en femelle sédentaire, tandis que les mâles, plus mobiles, ont façonné les flux de gènes entre les populations.

Conclusion

Si l’on reprend l’abstract:
Grbic et al. 2015 a écrit :“Bayesian coalescent modelling suggests that most of the mitochondrial haplogroups could be considered as separate species.
Les données présentées par les auteurs ne permettent pas d’aboutir à cette conclusion. Une espèce n’est pas définie par ses mitochondries mais par l’ensemble de son génome ; et à plus forte raison la phylogénie se construit par la confluence des phylogénies mitochondriales et nucléaire qui n’a pas été produite ici (Cf illustration de Liu et al. 2017). L’idée que cet article suggère l’existence d’un complexe d’espèces est donc trop optimiste, voire fallacieuse. Faute de clarté dans l’abstract, cette mise en garde est tout de même présente dans la discussion :
Grbic et al. 2015 a écrit :However, these results should be interpreted with caution, not only because of potential limitations of the approach (Olave et al. 2014; Zhang et al. 2014), but also because it is here dominated by the mitochondrial data, for which distinctness of populations tend to evolve rapidly (given that mtDNA markers are sensitive to genetic drift). Safe differentiation between two species (under the phylogenetic criterion) might require reciprocal monophyly of the two species (or paraphyly of one species with respect to a monophyletic other species), provided that this result is either observed in each of several genetically unlinked loci or involves the agreement between one or several gene tree(s) and a morphological/physiological designation, that is a disjunct state distribution in the corresponding nonmolecular character [e.g. (Milinkovitch et al. 2001)].
Le fait que 5 ans après cette publication, personne ne soit venu conforter cette étude malgré l’opportunité laissée là de pouvoir publier une révision phylogénique prestigieuse (le déterminisme sexuel chez F. pardalis a valu une publication dans Nature (Rovatsos et al., 2015)), ne va pas dans le sens qu’il s’agit d’un sujet prometteur. Mais laissons au futur le soin de répondre à cette question.

Dans cette étude, Grbic et al. mettent en évidence une tendance déjà très intéressante en montrant que les génomes mitochondriaux divergent d’une façon beaucoup plus marquée que les génomes nucléaires, qui semblent former un continuum (sur la base fragile de 2 gènes). Cela serait cohérent avec une dispersion des gènes par les mâles contrastant avec une relative sédentarité des femelles.
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Modifié en dernier par Alex le 16 avr. 2020, 11:23, modifié 1 fois.
M@rtin
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Re: [Fiche de lecture] Grbic et al. 2015

Message par M@rtin »

Wow ! Sacré travail ! Merci à Luis, et à toi pour ton compte rendu détaillé. =D>

C'est encore un peu difficile à appréhender, il a fallu que je relise plusieurs fois certains passages pour bien comprendre ce qu'il en est mais c'est hyper intéressant, j'ai hâte que de nouvelles études sortent sur le sujet...




Juste un détail dans cette phrase : tu répète deux fois la même chose ça doit être une erreur de frappe :wink:
Je propose de discuter ces deux éléments majeurs dans cette fiche de lecture, en me focalisant sur le gène mitochondrial dans un premier temps, puis sur le gène mitochondrial dans un second temps.
Alex
Messages : 132
Enregistré le : 22 nov. 2017, 10:13

Re: [Fiche de lecture] Grbic et al. 2015

Message par Alex »

Merci Martin ;) c'est corrigé
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