Populations structurées au fil du temps : méthodes basées sur le coalescent pour l’inférence démographique et la diversité

par Alexane Jouniaux

mardi 2 déc. 2025, 09:00 → 12:00 Europe/Paris

Salle GMM 13 (INSA de Toulouse)

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Numéro de réunion : 341 753 815 430 41
Code secret : wU3eg7Vd


Composition du jury :
M. Olivier MAZET     INSA Toulouse     Directeur de thèse
Mme Amandine VEBER     CNRS Paris-Centre     Rapporteure
M. Xavier VEKEMANS     Université de Lille     Rapporteur
M. Lounès CHIKHI     CNRS Occitanie Ouest     Co-directeur de thèse
Mme Béatrice LAURENT-BONNEAU     INSA Toulouse     Examinatrice
M. Nicolas ALCALA     International Agency for Research on Cancer     Examinateur


Résumé :
Comprendre comment la structure des populations et les processus démographiques façonnent la diversité génétique est une question centrale en génétique des populations et en biologie de la conservation. L’essor des données génétiques a conduit au développement de modèles permettant d’inférer l’histoire des espèces et leur état de conservation actuel. Cependant, la plupart réduisent l’histoire démographique à des variations de taille ou à des structures prédéfinies aux paramètres constants, négligeant la complexité d’une structure évoluant sur le long terme. Le coalescent, modèle de référence, décrit l’ascendance d’échantillons de gènes en modélisant les temps jusqu’à leurs ancêtres communs. Dans ce cadre, cette thèse développe des outils théoriques et computationnels pour étudier des populations structurées et non stationnaires, et les applique à l’analyse du rôle de la structure et de la connectivité dans la diversité génétique. La première partie s’appuie sur le coalescent structuré homogène par morceaux, qui décrit les généalogies de populations où non seulement les taux de migration et les tailles changent à des moments précis, mais aussi le nombre de sous-populations. Nous utilisons une représentation en chaîne de Markov, qui facilite le calcul des distributions de temps de coalescence. Dans ce contexte, nous introduisons la matrice de collage, une construction formalisant les transitions entre structures successives, ainsi qu’un algorithme pour la calculer. Cela permet de déterminer ces distributions dans des modèles étendus. Ce travail élargit les scénarios où l’IICR (taux de coalescence instantané inverse) peut être calculé et interprété. Comme l’IICR est estimable à partir du génome complet d’un seul individu diploïde, ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour l’inférence démographique en populations structurées. La deuxième partie porte sur la diversité génétique et l'influence de la structure des populations sur celle-ci. Nous cherchons à quantifier la diversité maintenue par des populations comportant des dèmes connectés ou isolés. En utilisant la formulation en chaîne de Markov du coalescent et son extension, nous obtenons la distribution complète des temps de coalescence et le nombre attendu de différences entre paires de séquences non recombinantes. Nous étudions d’abord des modèles stationnaires pour caractériser leur diversité, puis comparons des modèles reliés par perte d’arêtes ou de sommets et classons les transitions selon leur impact. Nous étendons enfin l’analyse aux modèles non stationnaires, où le nombre de sous-populations ou leur connectivité varient dans le temps. La diversité est alors évaluée en intégrant toute l’histoire des structures, ce qui permet d’explorer des scénarios pertinents pour la conservation, tels que reconnecter des populations fragmentées ou identifier les sous-populations clés. Dans l’ensemble, cette thèse combine des développements théoriques du coalescent à des applications sur la diversité génétique, offrant des perspectives pour l’inférence démographique et la conservation d’espèces menacées dans des habitats fragmentés.