Letteratura scientifica selezionata sul tema "Génétique des populations – Épidémiologie – Modèles mathématiques"

Un schéma de sélection est une opération complexe qui fait intervenir, par cycles successifs, l’évaluation des valeurs génétiques des reproducteurs ou des candidats à la reproduction, le tri des meilleurs d’entre eux et leurs accouplements. Des modèles mathématiques ont été mis au point pour en décrire le fonctionnement. Ces modèles sont des outils d’aide à la décision pour les sélectionneurs et pour l’Etat qui les subventionne. A partir d’un exemple concret, nous décrivons ici la structure et l’utilisation de ces modèles. Quelques indications sont également données sur les méthodes d’estimation a posteriori du gain génétique réalisé grâce à ces schémas de sélection.

L’anaplasmose, qui continue à être une énigme dans la région des Caraïbes, est responsable de pertes économiques élevées dans la production animale. L’épidémiologie de cette maladie est complexe et la voie efficace et rationnelle à suivre pour son contrôle demeure encore incertaine. On a donc pensé que l’élaboration d’un modèle épidémiologique utilisant des modèles de simulation sur ordinateur serait utile pour une meilleure compréhension de cette maladie. Un modèle de simulation sur ordinateur qui donne les tendances réalistes de la dynamique de la maladie a donc été développé. De plus, ce cadre fournit aux décideurs un outil d’évaluation de différentes alternatives de lutte, pour un planning rationnel et pour l’allocation de fonds. L’élaboration du modèle a été basé sur la mise en œuvre d’une base de connaissances épidémiologiques pour l’anaplasmose ; d’un modèle conceptuel pour les sous-populations de bovins et de tiques ; d’un modèle d’analyse de systèmes pour les sous-populations de bovins et de tiques ; d’un modèle mathématique ; d’un modèle de simulation informatique ; sur l’évaluation du modèle de simulation et l’utilisation de ce dernier pour l’évaluation des alternatives de lutte contre Anaplasma. La base de connaissances a été développée en utilisant la “Epidemiologic Problem Oriented Approach” (EPOA) pour la collecte et la compilation de l’information dans une base condensée de connaissances épidémiologiques sur l’anaplasmose. L’information sur l’anaplasmose a été extraite de manuels sélectionnés de médecine vétérinaire, de revues contemporaines, de documents divers, et de questionnaires remplis par des vétérinaires antillais. L’information épidémiologique a été présentée en diagrammes afin de conceptualiser l’épidémiologie détaillée de la maladie. En même temps, elle montre les parties fondamentales du système anaplasmose pour mieux décrire et analyser la maladie. Des diagrammes d’analyse de systèmes ont également été utilisés pour établir une corrélation entre le niveau pathologique et un niveau particulier qui était décrit et défini par des équations différentielles classiques. Toutes les équations étaient approchées en utilisant la méthode d’intégration de Euler. Ainsi, la dynamique de la maladie a été révélée. Ces diagrammes ont fourni le cadre sur lequel le modèle a été construit. L’évaluation du modèle a montré qu’il est stable. Des tendances biologiquement solides et raisonnables ont été affichées. Ce cadre a ensuite été utilisé pour évaluer les présentations diverses de la maladie et les alternatives différentes pour la lutte. Les manifestations de la maladie observées comprenaient la présentation de populations de bovins et de tiques avec et sans maladie, la dynamique de la maladie quant elle fut introduite par des bovins et des tiques infectés. Les alternatives de lutte testées sont : les effets de niveaux différents de lutte acaricide sur la population de tiques et l’évolution de la maladie ; l’influence de la génétique sur l’incidence de la maladie ; les effets de niveaux différents d’application d’antibiotiques sur la dynamique de la maladie, quant elle fut introduite par des bovins et des tiques infectieux. Le modèle de simulation informatique doit être testé et validé systématiquement pour être sensible aux conditions du terrain.

L’anthropologie médicale est un sous-champ de l’anthropologie socioculturelle qui s’intéresse à la pluralité des systèmes médicaux ainsi qu’à l’étude des facteurs économiques, politiques et socioculturels ayant un impact sur la santé des individus et des populations. Plus spécifiquement, elle s’intéresse aux relations sociales, aux expériences vécues, aux pratiques impliquées dans la gestion et le traitement des maladies par rapport aux normes culturelles et aux institutions sociales. Plusieurs généalogies de l’anthropologie médicale peuvent être retracées. Toutefois, les monographies de W.H.R. Rivers et d’Edward Evans-Pritchard (1937), dans lesquelles les représentations, les connaissances et les pratiques en lien avec la santé et la maladie étaient considérées comme faisant intégralement partie des systèmes socioculturels, sont généralement considérées comme des travaux fondateurs de l’anthropologie médicale. Les années 1950 ont marqué la professionnalisation de l’anthropologie médicale. Des financements publics ont été alloués à la discipline pour contribuer aux objectifs de santé publique et d’amélioration de la santé dans les communautés économiquement pauvres (Good 1994). Dans les décennies qui suivent, les bases de l’anthropologie médicale sont posées avec l’apparition de nombreuses revues professionnelles (Social Science & Medicine, Medical Anthropology, Medical Anthropology Quarterly), de manuels spécialisés (e.g. MacElroy et Townsend 1979) et la formation du sous-groupe de la Society for Medical Anthropology au sein de l’American Anthropological Association (AAA) en 1971, qui sont encore des points de références centraux pour le champ. À cette époque, sous l’influence des théories des normes et du pouvoir proposées par Michel Foucault et Pierre Bourdieu, la biomédecine est vue comme un système structurel de rapports de pouvoir et devient ainsi un objet d’étude devant être traité symétriquement aux autres systèmes médicaux (Gaines 1992). L’attention portée aux théories du biopouvoir et de la gouvernementalité a permis à l’anthropologie médicale de formuler une critique de l’hégémonie du regard médical qui réduit la santé à ses dimensions biologiques et physiologiques (Saillant et Genest 2007 : xxii). Ces considérations ont permis d’enrichir, de redonner une visibilité et de l’influence aux études des rationalités des systèmes médicaux entrepris par Evans-Pritchard, et ainsi permettre la prise en compte des possibilités qu’ont les individus de naviguer entre différents systèmes médicaux (Leslie 1980; Lock et Nguyen 2010 : 62). L’aspect réducteur du discours biomédical avait déjà été soulevé dans les modèles explicatifs de la maladie développés par Arthur Kleinman, Leon Eisenberg et Byron Good (1978) qui ont introduit une distinction importante entre « disease » (éléments médicalement observables de la maladie), « illness » (expériences vécues de la maladie) et « sickness » (aspects sociaux holistes entourant la maladie). Cette distinction entre disease, illness et sickness a joué un rôle clé dans le développement rapide des perspectives analytiques de l’anthropologie médicale de l’époque, mais certaines critiques ont également été formulées à son égard. En premier lieu, Allan Young (1981) formule une critique des modèles explicatifs de la maladie en réfutant l'idée que la rationalité soit un model auquel les individus adhèrent spontanément. Selon Young, ce modèle suggère qu’il y aurait un équivalant de structures cognitives qui guiderait le développement des modèles de causalité et des systèmes de classification adoptées par les personnes. Au contraire, il propose que les connaissances soient basées sur des actions, des relations sociales, des ressources matérielles, avec plusieurs sources influençant le raisonnement des individus qui peuvent, de plusieurs manières, diverger de ce qui est généralement entendu comme « rationnel ». Ces critiques, ainsi que les études centrées sur l’expérience des patients et des pluralismes médicaux, ont permis de constater que les stratégies adoptées pour obtenir des soins sont multiples, font appel à plusieurs types de pratiques, et que les raisons de ces choix doivent être compris à la lumière des contextes historiques, locaux et matériaux (Lock et Nguyen 2010 : 63). Deuxièmement, les approches de Kleinman, Eisenberger et Good ont été critiquées pour leur séparation artificielle du corps et de l’esprit qui représentait un postulat fondamental dans les études de la rationalité. Les anthropologues Nancy Scheper-Hughes et Margeret Lock (1987) ont proposé que le corps doit plutôt être abordé selon trois niveaux analytiques distincts, soit le corps politique, social et individuel. Le corps politique est présenté comme étant un lieu où s’exerce la régulation, la surveillance et le contrôle de la différence humaine (Scheper-Hughes et Lock 1987 : 78). Cela a permis aux approches féministes d’aborder le corps comme étant un espace de pouvoir, en examinant comment les discours sur le genre rendent possible l’exercice d’un contrôle sur le corps des femmes (Manderson, Cartwright et Hardon 2016). Les premiers travaux dans cette perspective ont proposé des analyses socioculturelles de différents contextes entourant la reproduction pour contrecarrer le modèle dominant de prise en charge médicale de la santé reproductive des femmes (Martin 1987). Pour sa part, le corps social renvoie à l’idée selon laquelle le corps ne peut pas être abordé simplement comme une entité naturelle, mais qu’il doit être compris en le contextualisant historiquement et socialement (Lupton 2000 : 50). Finalement, considérer le corps individuel a permis de privilégier l’étude de l’expérience subjective de la maladie à travers ses variations autant au niveau individuel que culturel. Les études de l’expérience de la santé et la maladie axées sur l’étude des « phénomènes tels qu’ils apparaissent à la conscience des individus et des groupes d’individus » (Desjarlais et Throop 2011 : 88) se sont avérées pertinentes pour mieux saisir la multitude des expériences vécues des états altérés du corps (Hofmann et Svenaeus 2018). En somme, les propositions de ces auteurs s’inscrivent dans une anthropologie médicale critique qui s’efforce d’étudier les inégalités socio-économiques (Scheper-Hughes 1992), l’accès aux institutions et aux savoirs qu’elles produisent, ainsi qu’à la répartition des ressources matérielles à une échelle mondiale (Manderson, Cartwright et Hardon 2016). Depuis ses débuts, l’anthropologie médicale a abordé la santé globale et épidémiologique dans le but de faciliter les interventions sur les populations désignées comme « à risque ». Certains anthropologues ont développé une perspective appliquée en épidémiologie sociale pour contribuer à l’identification de déterminants sociaux de la santé (Kawachi et Subramanian 2018). Plusieurs de ces travaux ont été critiqués pour la culturalisation des pathologies touchant certaines populations désignées comme étant à risque à partir de critères basés sur la stigmatisation et la marginalisation de ces populations (Trostle et Sommerfeld 1996 : 261). Au-delà des débats dans ce champ de recherche, ces études ont contribué à la compréhension des dynamiques de santé et de maladie autant à l’échelle globale, dans la gestion des pandémies par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), qu’aux échelles locales avec la mise en place de campagnes de santé publique pour faciliter l’implantation de mesures sanitaires, telles que la vaccination (Dubé, Vivion et Macdonald 2015). L’anthropologie a contribué à ces discussions en se penchant sur les contextes locaux des zoonoses qui sont des maladies transmissibles des animaux vertébrés aux humains (Porter 2013), sur la résistance aux antibiotiques (Landecker 2016), comme dans le cas de la rage et de l’influenza (Wolf 2012), sur les dispositifs de prévention mis en place à une échelle mondiale pour éviter l’apparition et la prolifération d’épidémies (Lakoff 2010), mais aussi sur les styles de raisonnement qui sous-tendent la gestion des pandémies (Caduff 2014). Par ailleurs, certains auteur.e.s ont utilisé le concept de violence structurelle pour analyser les inégalités socio-économiques dans le contexte des pandémies de maladies infectieuses comme le sida, la tuberculose ou, plus récemment, l’Ébola (Fassin 2015). Au-delà de cet aspect socio-économique, Aditya Bharadwaj (2013) parle d’une inégalité épistémique pour caractériser des rapports inégaux dans la production et la circulation globale des savoirs et des individus dans le domaine de la santé. Il décrit certaines situations comme des « biologies subalternes », c’est à dire des états de santé qui ne sont pas reconnus par le système biomédical hégémonique et qui sont donc invisibles et vulnérables. Ces « biologies subalternes » sont le revers de citoyennetés biologiques, ces dernières étant des citoyennetés qui donnes accès à une forme de sécurité sociale basée sur des critères médicaux, scientifiques et légaux qui reconnaissent les dommages biologiques et cherche à les indemniser (Petryna 2002 : 6). La citoyenneté biologique étant une forme d’organisation qui gravite autour de conditions de santé et d’enjeux liés à des maladies génétiques rares ou orphelines (Heath, Rapp et Taussig 2008), ces revendications mobilisent des acteurs incluant les institutions médicales, l’État, les experts ou encore les pharmaceutiques. Ces études partagent une attention à la circulation globale des savoirs, des pratiques et des soins dans la translation — ou la résistance à la translation — d’un contexte à un autre, dans lesquels les patients sont souvent positionnés entre des facteurs sociaux, économiques et politiques complexes et parfois conflictuels. L’industrie pharmaceutique et le développement des technologies biomédicales se sont présentés comme terrain important et propice pour l’analyse anthropologique des dynamiques sociales et économiques entourant la production des appareils, des méthodes thérapeutiques et des produits biologiques de la biomédecine depuis les années 1980 (Greenhalgh 1987). La perspective biographique des pharmaceutiques (Whyte, Geest et Hardon 2002) a consolidé les intérêts et les approches dans les premières études sur les produits pharmaceutiques. Ces recherches ont proposé de suivre la trajectoire sociale des médicaments pour étudier les contextes d’échanges et les déplacements dans la nature symbolique qu’ont les médicaments pour les consommateurs : « En tant que choses, les médicaments peuvent être échangés entre les acteurs sociaux, ils objectivent les significations, ils se déplacent d’un cadre de signification à un autre. Ce sont des marchandises dotées d’une importance économique et de ressources recelant une valeur politique » (traduit de Whyte, Geest et Hardon 2002). D’autres ont davantage tourné leur regard vers les rapports institutionnels, les impacts et le fonctionnement de « Big Pharma ». Ils se sont intéressés aux processus de recherche et de distribution employés par les grandes pharmaceutiques à travers les études de marché et les pratiques de vente (Oldani 2014), l’accès aux médicaments (Ecks 2008), la consommation des produits pharmaceutiques (Dumit 2012) et la production de sujets d’essais cliniques globalisés (Petryna, Lakoff et Kleinman 2006), ainsi qu’aux enjeux entourant les réglementations des brevets et du respect des droits politiques et sociaux (Ecks 2008). L’accent est mis ici sur le pouvoir des produits pharmaceutiques de modifier et de changer les subjectivités contemporaines, les relations familiales (Collin 2016), de même que la compréhensions du genre et de la notion de bien-être (Sanabria 2014). Les nouvelles technologies biomédicales — entre autres génétiques — ont permis de repenser la notion de normes du corps en santé, d'en redéfinir les frontières et d’intervenir sur le corps de manière « incorporée » (embodied) (Haraway 1991). Les avancées technologiques en génomique qui se sont développées au cours des trois dernières décennies ont soulevé des enjeux tels que la généticisation, la désignation de populations/personnes « à risque », l’identification de biomarqueurs actionnables et de l’identité génétique (TallBear 2013 ; Lloyd et Raikhel 2018). Au départ, le modèle dominant en génétique cherchait à identifier les gènes spécifiques déterminant chacun des traits biologiques des organismes (Lock et Nguyen 2010 : 332). Cependant, face au constat que la plupart des gènes ne codaient par les protéines responsables de l’expression phénotypique, les modèles génétiques se sont depuis complexifiés. L’attention s’est tournée vers l’analyse de la régulation des gènes et de l’interaction entre gènes et maladies en termes de probabilités (Saukko 2017). Cela a permis l’émergence de la médecine personnalisée, dont les interventions se basent sur l’identification de biomarqueurs personnels (génétiques, sanguins, etc.) avec l’objectif de prévenir l’avènement de pathologies ou ralentir la progression de maladies chroniques (Billaud et Guchet 2015). Les anthropologues de la médecine ont investi ces enjeux en soulevant les conséquences de cette forme de médecine, comme la responsabilisation croissante des individus face à leur santé (Saukko 2017), l’utilisation de ces données dans l’accès aux assurances (Hoyweghen 2006), le déterminisme génétique (Landecker 2011) ou encore l’affaiblissement entre les frontières de la bonne santé et de la maladie (Timmermans et Buchbinder 2010). Ces enjeux ont été étudiés sous un angle féministe avec un intérêt particulier pour les effets du dépistage prénatal sur la responsabilité parentale (Rapp 1999), l’expérience de la grossesse (Rezende 2011) et les gestions de l’infertilité (Inhorn et Van Balen 2002). Les changements dans la compréhension du modèle génomique invitent à prendre en considération plusieurs variables en interaction, impliquant l’environnement proche ou lointain, qui interagissent avec l’expression du génome (Keller 2014). Dans ce contexte, l’anthropologie médicale a développé un intérêt envers de nouveaux champs d’études tels que l’épigénétique (Landecker 2011), la neuroscience (Choudhury et Slaby 2016), le microbiome (Benezra, DeStefano et Gordon 2012) et les données massives (Leonelli 2016). Dans le cas du champ de l’épigénétique, qui consiste à comprendre le rôle de l’environnement social, économique et politique comme un facteur pouvant modifier l’expression des gènes et mener au développement de certaines maladies, les anthropologues se sont intéressés aux manières dont les violences structurelles ancrées historiquement se matérialisent dans les corps et ont des impacts sur les disparités de santé entre les populations (Pickersgill, Niewöhner, Müller, Martin et Cunningham-Burley 2013). Ainsi, la notion du traumatisme historique (Kirmayer, Gone et Moses 2014) a permis d’examiner comment des événements historiques, tels que l’expérience des pensionnats autochtones, ont eu des effets psychosociaux collectifs, cumulatifs et intergénérationnels qui se sont maintenus jusqu’à aujourd’hui. L’étude de ces articulations entre conditions biologiques et sociales dans l’ère « post-génomique » prolonge les travaux sur le concept de biosocialité, qui est défini comme « [...] un réseau en circulation de termes d'identié et de points de restriction autour et à travers desquels un véritable nouveau type d'autoproduction va émerger » (Traduit de Rabinow 1996:186). La catégorie du « biologique » se voit alors problématisée à travers l’historicisation de la « nature », une nature non plus conçue comme une entité immuable, mais comme une entité en état de transformation perpétuelle imbriquée dans des processus humains et/ou non-humains (Ingold et Pálsson 2013). Ce raisonnement a également été appliqué à l’examen des catégories médicales, conçues comme étant abstraites, fixes et standardisées. Néanmoins, ces catégories permettent d'identifier différents états de la santé et de la maladie, qui doivent être compris à la lumière des contextes historiques et individuels (Lock et Nguyen 2010). Ainsi, la prise en compte simultanée du biologique et du social mène à une synthèse qui, selon Peter Guarnaccia, implique une « compréhension du corps comme étant à la fois un système biologique et le produit de processus sociaux et culturels, c’est-à-dire, en acceptant que le corps soit en même temps totalement biologique et totalement culturel » (traduit de Guarnaccia 2001 : 424). Le concept de « biologies locales » a d’abord été proposé par Margaret Lock, dans son analyse des variations de la ménopause au Japon (Lock 1993), pour rendre compte de ces articulations entre le matériel et le social dans des contextes particuliers. Plus récemment, Niewöhner et Lock (2018) ont proposé le concept de biologies situées pour davantage contextualiser les conditions d’interaction entre les biologies locales et la production de savoirs et de discours sur celles-ci. Tout au long de l’histoire de la discipline, les anthropologues s’intéressant à la médecine et aux approches de la santé ont profité des avantages de s’inscrire dans l’interdisciplinarité : « En anthropologie médical, nous trouvons qu'écrire pour des audiences interdisciplinaires sert un objectif important : élaborer une analyse minutieuse de la culture et de la santé (Dressler 2012; Singer, Dressler, George et Panel 2016), s'engager sérieusement avec la diversité globale (Manderson, Catwright et Hardon 2016), et mener les combats nécessaires contre le raccourcies des explications culturelles qui sont souvent déployées dans la littérature sur la santé (Viruell-Fuentes, Miranda et Abdulrahim 2012) » (traduit de Panter-Brick et Eggerman 2018 : 236). L’anthropologie médicale s’est constituée à la fois comme un sous champ de l’anthropologie socioculturelle et comme un champ interdisciplinaire dont les thèmes de recherche sont grandement variés, et excèdent les exemples qui ont été exposés dans cette courte présentation.

La démographie et la structure génétique d'une population sont étroitement liées. L’étude de ce lien est cruciale, ce d’autant plus pour les organismes présentant des fluctuations démographiques fréquentes tels que les agents pathogènes responsables de maladies émergentes. Les modèles classiques de génétique des populations ont permis d’explorer ce lien pour des processus démographiques simplifiés. Dans cette thèse, j'examine de manière plus approfondie l'interaction entre la démographie et l'évolution génétique de populations d'agents pathogènes aux cycles de vie complexes. Pour ce faire, deux situations écologiques hors équilibre démographique sont étudiées, chacune permettant de poser des hypothèses de modélisation réalistes. L’une présente un évènement majeur de sélection où l’aspect temporel est primordial. L’autre présente des évènements récurrents de colonisation où l’aspect spatial est déterminant.Dans une première partie, je m'intéresse à l'étude d'un contournement de résistance par une population d'agents pathogènes. En premier lieu, une approche par modélisation permet d’établir les conditions d’observation d’un contournement et d'identifier les déterminants de la durabilité d’une résistance. Les résultats mettent en évidence l'effet antagoniste de la proportion d'hôtes résistants déployés dans le paysage agricole, qui diminue la probabilité de contournement mais augmente la vitesse du contournement lorsqu'il a lieu. Ce modèle est ensuite complété par la prise en compte de l'évolution génétique aux loci neutres. Les résultats permettent d'identifier trois scénarios démographiques associés à des signatures génétiques distinctes lors du contournement : 1) de faibles variations de tailles de populations et peu d'évolution de la structure génétique, 2) un événement fondateur fort sur l’hôte résistant qui crée en retour une structure sur l’hôte sensible et 3) un événement de sauvetage évolutif qui se traduit par un fort événement de fondation sur l’hôte résistant, précédé par un goulot d'étranglement sur l’hôte sensible. Enfin, ce cadre théorique d'analyse démogénétique est appliqué à des données empiriques pour inférer les paramètres régissant le contournement des peupliers résistants RMlp7 par l'agent pathogène Melampsora larici-populina. Deux paramètres sont particulièrement bien estimés et en accord avec nos connaissances biologiques : une forte proportion d'hôtes résistants dans le paysage (plus de 80 %) et une fréquence initiale d'allèles virulents dans la population d'agents pathogènes entre 5 et 10 %.Dans une seconde partie, je m'intéresse à l'étude de la colonisation et ses conséquences génétiques. Ces analyses portent sur un système écologique particulier, l’invasion récurrente de la vallée de la Durance par Melampsora larici-populina. Premièrement, un modèle mécanico-statistique est couplé aux données de suivi épidémiologique afin d'inférer les paramètres régissant la dynamique d'expansion de l’agent pathogène. Cette approche montre que la colonisation résulte de fréquents évènements de dispersion à longue distance, pour une distance moyenne de dispersion de plus de 2 km. Deuxièmement, la caractérisation de plusieurs évènements annuels de colonisation montre une structure génétique similaire mais qui varie fortement en amplitude d'une année sur l'autre. Deux extrêmes sont identifiés : en 2011, une forte conservation de la diversité génétique initiale le long du domaine colonisé ; en 2004, une érosion rapide de la diversité génétique. Les variations inter-annuelles de ces structures peuvent être expliquées par des variations dans la fréquence des évènements de dispersion à longue distance.Ce travail permet de discuter l’importance de modèles contextualisés et prenant en compte les variations démogénétiques dans la compréhension des systèmes biologiques. Les informations obtenues sont déterminantes pour le renforcement des stratégies de lutte contre les agents pathogènes responsables de maladies émergentes
The demography and genetic structure of a population are closely linked. The study of this interplay is crucial, especially for organisms with frequent demographic fluctuations such as pathogen species responsible for emerging diseases. Classical population genetics models have been used to explore this link for simplified demographic processes. In this thesis, I further investigate the interplay between demography and genetic evolution in pathogen species that display complex life cycles. For this purpose, I focus on two ecological systems that strongly deviate from demographic equilibrium, each of which allows for realistic modelling assumptions. The first ecological system focuses on a major selection event with the temporal dimension being of prime importance. The second system reports recurrent colonisation events in which the spatial aspect is decisive.In the first part, I study an event of resistance overcoming by a pathogen population. Firstly, a modelling approach is used to establish the conditions for observing resistance overcoming and to identify the determinants of resistance durability. The results highlight the antagonistic effect of the proportion of resistant hosts deployed in the agricultural landscape, which decreases the probability of overcoming but increases the speed of overcoming when it occurs. Secondly, this model is implemented to account for genetic evolution at neutral loci. The results identify three demographic scenarios associated with distinct genetic signatures during resistance overcoming: 1) small variations in population sizes and small changes in genetic structures, 2) a strong founder event on the resistant host that in turn creates a genetic structure on the susceptible host, and 3) an evolutionary rescue event that results in a strong founder event on the resistant host, preceded by a bottleneck on the susceptible host. Finally, this theoretical framework of demogenetic analysis is applied to empirical data to infer the parameters underlying the overcoming of resistant RMlp7 poplars by the pathogen Melampsora larici-populina. Two parameters are particularly well estimated and the inferred values are in agreement with our biological knowledge: a high proportion of resistant hosts in the landscape (more than 80%) and an initial frequency of virulent alleles in the pathogen population between 5 and 10%.In the second part, I study colonisation and its genetic consequences. These analyses focus on the recurrent invasion of the Durance River valley by Melampsora larici-populina. Firstly, a mechanistic-statistical model is coupled to epidemiological data to infer the parameters underlying the pathogen's expansion dynamics. This approach shows that colonisation results from frequent long-distance dispersal events, with an average dispersal distance of more than two kilometres. Secondly, the characterisation of several annual colonisation events highlights a similar genetic structure which amplitude however varies greatly between years. Two extremes are identified: in 2011, strong conservation of the initial genetic diversity along the colonised domain; in 2004, rapid erosion of genetic diversity. The inter-annual variations in these structures can be explained by variations in the frequency of long-distance dispersal events.This work highlights the importance of contextualised models that take into account demogenetic variations for a better understanding of biological systems. The information obtained is then crucial for developing relevant control strategies against pathogen populations responsible for emerging diseases

La transmission de la fécondité d'une génération à la suivante est un phénomène connu. Jusqu'à présent, la génétique des populations a produit un grand nombre de modèles en supposant que le support de cette transmission est génétique. Toutefois, une héritabilité non génétique de la fécondité a été mise en évidence dans certaines populations humaines, mais son effet sur la diversité génétique est encore mal connu. Cette thèse présente une extension échangeable du modèle de Wright-Fisher pour des populations asexuées, qui permet d'intégrer tout mode d'héritabilité de la fécondité pour en étudier les effets. Après en avoir décrit le principe - qui repose sur la notion de probabilité de fécondité des individus - un algorithme est proposé pour simuler la transmission de la fécondité des parents aux enfants, dans une population de taille constante. L'étude des propriétés démographiques et généalogiques de ce modèle montre que les effets de l'héritabilité non génétique de la fécondité sont originaux : ils ne sont réductibles à aucun phénomène modélisé jusqu'ici (sélection, variations de taille, etc. ). De plus, l'étude précise de la diversité génétique confirme ces résultats et montre que paradoxalement, les tests utilisés actuellement pour mettre en évidence un écart au modèle standard ne permettent pas de distinguer l'héritabilité non-génétique de la fécondité de certains types de sélection ou d'expansion démographique. La possibilité de détecter l'héritabilité de la fécondité à partir du polymorphisme génétique observé reste donc une question ouverte
The transmission of fertility from one generation to the next is well documented. Several population genetics models integrate this phenomenon, assuming a genetic basis. Nevertheless, non-genetic inherance of fertility was described in some Human populations, whose subtle effects on genetic diversity are unknown. The present work describes an extension of the Wright-Fisher model for axesual populations, suitable for the simulation of any kind of fertility inherance. The probability of fertility is introduced as a key notion, and an algorithm for the simulation of fertility transmission from parents to their offspring is developed for a constant size population. The demographic and genealogical properties of this model show that the effects of fertility inheritance cannot be compared with any of the various models studied until now (selection, size variations, ect. ). The careful study of genetic diversity confirms these results and paradoxically shows that current neutrality tests do not allow one to distinguish between fertility inheritance and some types of selection or population expansion. Therefore, the detection of fertility inheritance from observed polymorphism data remains an open question

Ce travail porte sur l'etude de populations levuriennes constituees de souches differentes. Il a pour objectif d'analyser les interactions entre ces souches, et de proposer un modele qui represente ces interactions. Une premiere partie developpe la methodologie mise en uvre, et en particulier, les problemes poses par l'identification de souches differentes sont analyses. Un modele d'etude est constitue par un couple levure killer/levure sensible. Des cultures avec differents pourcentages initiaux des deux souches ont ete realisees, et l'effet killer analyse du point de vue cinetique et qualitatif. Les observations physiologiques effectuees ont permis de proposer un modele mathematique traduisant l'effet killer. Ce modele simule convenablement le comportement de la souche sensible soumise a un effet killer; son extension a d'autres situations est discutee. Ce travail presente un double interet: un interet fondamental, puisqu'une meilleure connaissance des interactions permettra une meilleure comprehension de l'ecologie des levures, et un interet industriel par son application aux problemes d'implantation de souches dans des milieux non steriles, cas typique en oenologie

La génétique des populations est l’étude de l’évolution des fréquences alléliques au sein d’une population et de l’influence des pressions évolutives sur ces fréquences. Au sein de cette discipline, des modèles de population et des mesures génétiques sont développés pour pouvoir expliquer et prédire les données génétiques. Toutefois, au fur et à mesure des avancées technologiques, de nouveaux types de données sont disponibles, et il devient primordial de développer de nouveaux modèles et de nouvelles mesures pour pouvoir expliquer ces nouvelles données génétiques, plus denses et plus riches en marqueurs génétiques grâce à l’avènement de techniques comme la Next Generation Sequencing. Pour ce faire, nous proposons dans cette thèse de développer de nouvelles mesures avec une approche dite multilocus, qui considère le génome comme un tout plutôt que comme un agglomérat de locus indépendants. Dans un premier temps, nous avons tenté de construire une base théorique de l’approche multilocus en génétique des populations. Ensuite, nous avons illustré une telle approche à travers l’étude de l’identité par descendance, des graphes de recombinaison ancestraux et des autocorrélogrammes dans les modèles de génétique des populations. À travers ces différentes études de cas, nous avons tenté d’identifier les principaux enjeux et questions que soulève la génétique des populations multilocus
Population genetics is the study of the evolution of allelic frequencies within a population and the influence of evolutionary pressures on these frequencies. Within this field, one could develop population models and measures to explain and predict genetic data. However, as technologie evolves new types of data are available, and it becomes essential to develop new models and new measures to reflect these new genetic marker data, increasingly richer and denser thanks to the advent of new techniques such as the Next Generation Sequencing. To this end, we propose in this thesis to develop new measures with the so-called multilocus approach, which considers the genome as a whole rather than an agglomerate of independent loci. We have first tried to build a theoretical basis for the multilocus approach in population genetics. Then, we have illustrated this multilocus approach with the case studies of identity by descent, ancestral recombination graphs and autocorrelograms in population genetics models. Through these different studies, we tried to identify the main issues and questions that the multilocus population genetics raises

Nous introduisons un ensemble de modèles à facteurs latents dédié à la génomique du paysage et aux tests d'associations écologiques. Cela comprend des méthodes statistiques pour corriger des effets d'autocorrélation spatiale sur les cartes de composantes principales en génétique des populations (spFA), des méthodes pour estimer rapidement et efficacement les coefficients de métissage individuel à partir de matrices de génotypes de grande taille et évaluer le nombre de populations ancestrales (sNMF) et des méthodes pour identifier les polymorphismes génétiques qui montrent de fortes corrélations avec des gradients environnementaux ou avec des variables utilisées comme des indicateurs pour des pressions écologiques (LFMM). Nous avons aussi développé un ensemble de logiciels libres associés à ces méthodes, basés sur des programmes optimisés en C qui peuvent passer à l'échelle avec la dimension de très grand jeu de données, afin d'effectuer des analyses de structures de population et des cribles génomiques pour l'adaptation locale
We introduce a set of latent factor models dedicated to landscape genomics and ecological association tests. It includes statistical methods for correcting principal component maps for effects of spatial autocorrelation (spFA); methods for estimating ancestry coefficients from large genotypic matrices and evaluating the number of ancestral populations (sNMF); and methods for identifying genetic polymorphisms that exhibit high correlation with some environmental gradient or with the variables used as proxies for ecological pressures (LFMM). We also developed a set of open source softwares associated with the methods, based on optimized C programs that can scale with the dimension of very large data sets, to run analyses of population structure and genome scans for local adaptation

Dans cette thèse nous considérons une population branchante générale où les individus vivent et se reproduisent de manière i.i.d. La durée de vie de chaque individu est distribuée suivant une mesure de probabilité arbitraire et chacun d'eux donne naissance à taux exponentiel. L'arbre décrivant la dynamique de cette population est connu sous le nom de splitting tree. Le processus comptant le nombre d’individus vivant au temps t est connu sous le nom de processus de Crump-Mode-Jagers binaire homogène, et il est connu que ce processus, quand correctement renormalisé, converge presque sûrement en temps long vers une variable aléatoire. Grâce à l'étude du splitting tree sous-jacent à la population via les outils introduit par A. Lambert en 2010, nous montrons un théorème central limite pour cette convergence p.s. dans le cas surcritique. Nous supposons, de plus, que les individus subissent des mutations à taux exponentiel sous l'hypothèse d'infinité d'allèles. Nous nous intéressons alors au spectre de fréquence allélique de la population qui compte la fréquence des tailles de familles dans la population à un instant donnée. Grâce aux méthodes développées dans cette thèse, nous obtenons des résultats d’approximations du spectre de Fréquence. Enfin nous nous intéressons à des questions statistiques sur des arbres de Galton-Watson conditionnés par leurs tailles. Le but est d'estimer la variance de la loi de naissance rendue inaccessible par le conditionnement. On utilise le fait que le processus de contour d'un tel arbre converge vers une excursion Brownienne quand la taille de l'arbre grandit afin de construire des estimateurs de la variance à partir de forêts
In this thesis we consider a general branching population. The lifetimes of the individuals are supposed to be i.i.d. random variables distributed according to an arbitrary distribution. Moreover, each individual gives birth to new individuals at Poisson rate independently from the other individuals. The tree underlying the dynamics of this population is called a splitting tree. The process which count the number of alive individuals at given times is known as binary homogeneous Crump-Mode-Jagers processes. Such processes are known, when properly renormalized, to converge almost surely to some random variable. Thanks to the study of the underlying splitting tree through the tools introduced by A. Lambert in 2010, we show a central limit theorem associated to this a.s. convergence. Moreover, we suppose that individuals undergo mutation at Poisson rate under the infinitely many alleles assumption. We are mainly interested in the so called allelic frequency spectrum which describes the frequency of sizes of families (i.e. sets of individuals carrying the same type) at fixed times. Thanks to the methods developedin this thesis, we are able to get approximation results for the frequency spectrum. In a last part, we study some statistical problems for size constrained Galton-Watson trees. Our goal is to estimate the variance of the birth distribution. Using that the contour process of such tree converges to a Brownian excursion as the size of the tree growth, we construct estimators of the variance of the birth distribution

Dans le but de modéliser des populations dont la composition génétique suit une succession cyclique d'états d'équilibre, nous présentons une généralisation de la notion d'algèbre de Bernstein d'ordre n en introduisant la notion de périodicité. Nous nous sommes intéressés aux conditions d'existence d'idempotents généralisés et à leurs propriétés, à la structure vectorielle qui apparaît lors de la décomposition de Peierce et à des problèmes de transport de structures dans la dupliquée de ces algèbres. Enfin nous étudions les algèbres qui modelisent les populations d'organismes soumises seulement à la mutation des gènes et nous établissons la condition nécessaire et suffisante pour que ces populations atteignent à la première génération une situation d'équilibre périodique

Cette etude aborde la description de structures genetiques complexes de populations dans le cas ou un nombre important de locus sont examines simultanement. Nous avons fait appel a des techniques de description et d'analyses multidimensionnelles ainsi qu'a la modelisation par simulations. La premiere partie est consacree a l'evaluation des performances de ces techniques, c-'est-a-dire aux problemes de validation statistique. Nous developpons un test de l'ecart multilocus a l'equilibre de pardy-weinberg par methodes de reechantillonnage. La comparaison des lois de differents indices (homologie allelique, identite genetique et probabilite d'occurence) nous permet de proposer un test rapide conforme a l'idee que se font les geneticiens de la structuration. Dans une deuxieme partie, nous utilisons le simulateur de structures genotypiques construit precedemment pour analyser quelques-uns des facteurs causaux de l'ecart a la panmixie. En mesurant l'heterozygotie genomique et le desequilibre gametique moyen, nous analysons l'influence de la liaison genetique sur la generation de desequilibres d'associations aleatoires (effet hill-roberston)

Cette thèse propose et étudie deux techniques d'inférence bayésienne dans les modèles où la vraisemblance possède une composante latente. Dans ce contexte, la vraisemblance d'un jeu de données observé est l'intégrale de la vraisemblance dite complète sur l'espace de la variable latente. On s'intéresse aux cas où l'espace de la variable latente est de très grande dimension et comporte des directions de différentes natures (discrètes et continues), ce qui rend cette intégrale incalculable. Le champs d'application privilégié de cette thèse est l'inférence dans les modèles de génétique des populations. Pour mener leurs études, les généticiens des populations se basent sur l'information génétique extraite des populations du présent et représente la variable observée. L'information incluant l'histoire spatiale et temporelle de l'espèce considérée est inaccessible en général et représente la composante latente. Notre première contribution dans cette thèse suppose que la vraisemblance peut être évaluée via une approximation numériquement coûteuse. Le schéma d'échantillonnage préférentiel adaptatif et multiple (AMIS pour Adaptive Multiple Importance Sampling) de Cornuet et al. nécessite peu d'appels au calcul de la vraisemblance et recycle ces évaluations. Cet algorithme approche la loi a posteriori par un système de particules pondérées. Cette technique est conçue pour pouvoir recycler les simulations obtenues par le processus itératif (la construction séquentielle d'une suite de lois d'importance). Dans les nombreux tests numériques effectués sur des modèles de génétique des populations, l'algorithme AMIS a montré des performances numériques très prometteuses en terme de stabilité. Ces propriétés numériques sont particulièrement adéquates pour notre contexte. Toutefois, la question de la convergence des estimateurs obtenus par cette technique reste largement ouverte. Dans cette thèse, nous montrons des résultats de convergence d'une version légèrement modifiée de cet algorithme. Sur des simulations, nous montrons que ses qualités numériques sont identiques à celles du schéma original. Dans la deuxième contribution de cette thèse, on renonce à l'approximation de la vraisemblance et on supposera seulement que la simulation suivant le modèle (suivant la vraisemblance) est possible. Notre apport est un algorithme ABC séquentiel (Approximate Bayesian Computation). Sur les modèles de la génétique des populations, cette méthode peut se révéler lente lorsqu'on vise une approximation précise de la loi a posteriori. L'algorithme que nous proposons est une amélioration de l'algorithme ABC-SMC de Del Moral et al. que nous optimisons en nombre d'appels aux simulations suivant la vraisemblance, et que nous munissons d'un mécanisme de choix de niveaux d'acceptations auto-calibré. Nous implémentons notre algorithme pour inférer les paramètres d'un scénario évolutif réel et complexe de génétique des populations. Nous montrons que pour la même qualité d'approximation, notre algorithme nécessite deux fois moins de simula- tions par rapport à la méthode ABC avec acceptation couramment utilisée.

L'auto-incompatibilité est un mécanisme génétique très répandu chez les Angiospermes. Elle permet aux plantes hermaphrodites d'éviter l'autofécondation et les croisements entre individus apparentés par un mécanisme de reconnaissance et de rejet du pollen par le pistil, lorsque ceux-ci expriment la même spécificité. Ces spécificités dépendent des allèles au locus d'auto-incompatibilité (le locus S) qui est composé de deux gènes strictement liés, l'un s'exprimant dans le pollen, l'autre dans le pistil. Dans le cadre de cette thèse, je me suis intéressée au maintien et à l'évolution de l'auto-incompatibilité, que j'ai étudiés par une approche de modélisation. La première partie de ma thèse traite de l'évolution conjointe de l'auto-incompatibilité et de la dépression de consanguinité, et s'attache notamment à étudier les conditions permettant le maintien de l'auto-incompatibilité. Cette étude est basée sur des simulations en population finie. Nos résultats montrent que le maintien de l'auto-incompatibilité est associé à une forte dépression de consanguinité, et qu'il est facilité par un taux élevé d'auto-pollinisation. La seconde partie traite des conditions permettant l'évolution de nouveaux allèles d'auto-incompatibilité (allèles S), ce que nous avons étudié d'une part analytiquement en population infinie, et d'autre part par des simulations en population finie. Nos résultats montrent que les conditions permettant la diversification au locus S sont beaucoup moins stringentes en population finie, et que le processus de diversification est d'autant plus rapide qu'il y a peu d'allèles S présents dans la population
Self-incompatibility is a widespread genetic system, which enables hermaphrodite plants to avoid self-fertilization and mating with close relatives. It is based on the pistil's capacity to recognize and reject pollen when they express cognate specificities. Specificities are encoded by alleles at the self-incompatibility gene complex (known as the S-locus), composed of two linked genes, one expressed in pollen and the other expressed in pistils. During my PhD, I studied the maintenance and evolution of self-incompatibility from a theoretical standpoint, using a modeling approach. The first part of my thesis examined the co-evolution of self-incompatibility and inbreeding depression in finite populations, focusing on the conditions for maintenance of self-incompatibility when self-compatible mutants were repeatedly introduced in the population by recurring mutations. Our results showed that the maintenance of self-incompatibility is associated with high inbreeding depression, and is facilitated by high rates of self-pollination. The second part of my thesis explored the conditions for evolution of novel self-incompatibility alleles (S alleles), which we have studied both analytically in infinite populations and in finite populations via computer simulations. Our results showed that the conditions for diversification at the S locus are much less stringent in finite than in infinite populations, and that there is more diversification at this locus when few S alleles are present in the population