Genetic rescue, in which the introduction of one or more unrelated individuals into an inbred population results in the reduction of detrimental genetic effects and an increase in one or more vital rates, is a potentially important management tool for mitigating adverse effects of inbreeding. We used molecular techniques to document the consequences of a male wolf (Canis lupus) that immigrated, on its own, across Lake Superior ice to the small, inbred wolf population in Isle Royale National Park. The immigrant’s fitness so exceeded that of native wolves that within 2.5 generations, he was related to every individual in the population and his ancestry constituted 56 per cent of the population, resulting in a selective sweep of the total genome. In other words, all the male ancestry (50% of the total ancestry) descended from this immigrant, plus 6 per cent owing to the success of some of his inbred offspring. The immigration event occurred in an environment where space was limiting (i.e. packs occupied all available territories) and during a time when environmental conditions had deteriorated (i.e. wolves’ prey declined). These conditions probably explain why the immigration event did not obviously improve the population’s demography (e.g. increased population numbers or growth rate). Our results show that the beneficial effects of gene flow may be substantial and quickly manifest, short-lived under some circumstances, and how the demographic benefits of genetic rescue might be masked by environmental conditions.
Titre de l'article
Balayage génomique et sauvetage génétique potentiel en conditions environnementales limitées dans une population isolée de loups
Balayage génomique et sauvetage génétique potentiel en conditions environnementales limitées dans une population isolée de loups
Introduction à l'article
Le sauvetage génétique, impliquant l’introduction d’un ou de plusieurs individus non apparentés dans une population consanguine cible, devrait permettre d’augmenter les taux vitaux de cette dernière et d’atténuer la dépression de consanguinité. Dans certains cas, ce sauvetage était associé à des transferts assistés d'individus. Dans d'autres (populations de loups scandinaves et de bruants chanteurs), le sauvetage génétique a été entraîné par l'immigration naturelle de quelques individus dans les populations consanguines. Cependant, dans ces deux derniers cas, les populations ont subi une baisse de la fitness au delà des premières générations.
La population de loups de l'Isle Royale est isolée du continent par un chenal d'eau glacée. Ainsi, à la fin des années 90, la population présentait un fort coefficient de consanguinité (0,81). Cet article étudie l'impact génétique et démographique de l'immigration d'un loup mâle continental vers la population de l'Isle Royale, via un point de glace.
Le sauvetage génétique, impliquant l’introduction d’un ou de plusieurs individus non apparentés dans une population consanguine cible, devrait permettre d’augmenter les taux vitaux de cette dernière et d’atténuer la dépression de consanguinité. Dans certains cas, ce sauvetage était associé à des transferts assistés d'individus. Dans d'autres (populations de loups scandinaves et de bruants chanteurs), le sauvetage génétique a été entraîné par l'immigration naturelle de quelques individus dans les populations consanguines. Cependant, dans ces deux derniers cas, les populations ont subi une baisse de la fitness au delà des premières générations.
La population de loups de l'Isle Royale est isolée du continent par un chenal d'eau glacée. Ainsi, à la fin des années 90, la population présentait un fort coefficient de consanguinité (0,81). Cet article étudie l'impact génétique et démographique de l'immigration d'un loup mâle continental vers la population de l'Isle Royale, via un point de glace.
Expériences de l'article
À partir d'échantillons d'ADN (os, sang, matières fécales) et suite à l'arrivée d'un loup mâle continental dans la population de l'Isle Royale, l'article se base sur l'analyse de microsatellites afin d'étudier l'impact génétique de cet évènement d'immigration. Tout d'abord, les probabilités d'identité ainsi que l'hétérozygotie (observée et attendue) de la population de l'île, avant et après l'immigration, et d'une population continentale ont été calculés. Un pedigree d'individus vivants entre 1999 et 2009 a également été établi à partir des génotypes et des observations faites sur le terrain. À côté de ça, les pourcentages d'ascendance de l'immigré et des loups reproducteurs nés avant l'arrivée de ce dernier ainsi que les coefficients de consanguinité ont été calculés. Ensuite, les estimations des taux de survie, de reproduction et de croissance de la population ont été comparées avant et après l'immigration afin de mettre en évidence l'impact démographique de cet évènement.
À partir d'échantillons d'ADN (os, sang, matières fécales) et suite à l'arrivée d'un loup mâle continental dans la population de l'Isle Royale, l'article se base sur l'analyse de microsatellites afin d'étudier l'impact génétique de cet évènement d'immigration. Tout d'abord, les probabilités d'identité ainsi que l'hétérozygotie (observée et attendue) de la population de l'île, avant et après l'immigration, et d'une population continentale ont été calculés. Un pedigree d'individus vivants entre 1999 et 2009 a également été établi à partir des génotypes et des observations faites sur le terrain. À côté de ça, les pourcentages d'ascendance de l'immigré et des loups reproducteurs nés avant l'arrivée de ce dernier ainsi que les coefficients de consanguinité ont été calculés. Ensuite, les estimations des taux de survie, de reproduction et de croissance de la population ont été comparées avant et après l'immigration afin de mettre en évidence l'impact démographique de cet évènement.
Résultats de l'article
Tout d'abord, les estimations des paramètres démographiques avant et après l'immigration n'ont pas montré de différence significative. En revanche, les résultats ont montré une augmentation significative de l'hétérozygotie moyenne de la population de l'île après l'arrivée de l'immigrant, celle-ci n'étant d'ailleurs pas significativement différente de celle de la population continentale. Une augmentation de la proportion d'ascendance de l'immigré a également été observée dans la population de l'Isle Royale. Par ailleurs, l'évènement d'immigration a entraîné une forte diminution du coefficient de consanguinité. Cependant, la valeur sélective de l'immigré et de ses descendants étant meilleure que celle des loups initialement présents, on assiste alors à des évènements de reproduction entre ces individus apparentés entraînant de ce fait une nouvelle augmentation du coefficient de consanguinité. Cet article met donc en évidence un balayage génomique suite à l'évènement d'immigration.
Tout d'abord, les estimations des paramètres démographiques avant et après l'immigration n'ont pas montré de différence significative. En revanche, les résultats ont montré une augmentation significative de l'hétérozygotie moyenne de la population de l'île après l'arrivée de l'immigrant, celle-ci n'étant d'ailleurs pas significativement différente de celle de la population continentale. Une augmentation de la proportion d'ascendance de l'immigré a également été observée dans la population de l'Isle Royale. Par ailleurs, l'évènement d'immigration a entraîné une forte diminution du coefficient de consanguinité. Cependant, la valeur sélective de l'immigré et de ses descendants étant meilleure que celle des loups initialement présents, on assiste alors à des évènements de reproduction entre ces individus apparentés entraînant de ce fait une nouvelle augmentation du coefficient de consanguinité. Cet article met donc en évidence un balayage génomique suite à l'évènement d'immigration.
Rigueur de l'article
Cet article se base sur des expériences en laboratoire et sur des observations réalisées sur le terrain. Les méthodes utilisées sont rigoureuses et bien détaillées. Par exemple, un résultat hétérozygote était accepté seulement si chaque allèle était observé deux fois sur plusieurs réplicats de PCR. Par ailleurs, les auteurs gardent un esprit critique sur leurs méthodes et leurs tests statistiques ainsi que sur leurs résultats et admettent également plusieurs possibilités. Par exemple, en étudiant la disponibilité alimentaire, une diminution de celle-ci a été observée après l'arrivée de l'immigrant. Ainsi, les auteurs ont émis l'hypothèse selon laquelle les avantages démographiques de l'immigration auraient bien pu être masquées par ces conditions écologiques peu favorables ou par le fait que l'espace était restreint (les meutes occupaient déjà l'espace disponible). Cet article apparaît donc rigoureux compte tenu des méthodes utilisées et de l'esprit d'analyse des auteurs.
Cet article se base sur des expériences en laboratoire et sur des observations réalisées sur le terrain. Les méthodes utilisées sont rigoureuses et bien détaillées. Par exemple, un résultat hétérozygote était accepté seulement si chaque allèle était observé deux fois sur plusieurs réplicats de PCR. Par ailleurs, les auteurs gardent un esprit critique sur leurs méthodes et leurs tests statistiques ainsi que sur leurs résultats et admettent également plusieurs possibilités. Par exemple, en étudiant la disponibilité alimentaire, une diminution de celle-ci a été observée après l'arrivée de l'immigrant. Ainsi, les auteurs ont émis l'hypothèse selon laquelle les avantages démographiques de l'immigration auraient bien pu être masquées par ces conditions écologiques peu favorables ou par le fait que l'espace était restreint (les meutes occupaient déjà l'espace disponible). Cet article apparaît donc rigoureux compte tenu des méthodes utilisées et de l'esprit d'analyse des auteurs.
Ce que cet article apporte au débat
Tout d'abord, cette étude met en avant l'une des conséquences possibles d'un flux de gènes vers une population consanguine. En effet, un évènement d'immigration peut donner lieu à un balayage génomique en raison du succès de l'immigré et de ses descendants hybrides. Ici, les avantages du sauvetage génétique ne sont donc que de courte durée. Ensuite, l'article met en avant la nécessité d'examiner plus attentivement la définition et les normes d'évaluation du sauvetage génétique, en particulier lorsque l'environnement est limité en terme de ressources et d'espace. En effet, de nombreuses populations menacées sont confrontées à des conditions écologiques en déclin et à une réduction de leur habitat, pouvant de ce fait masquer les avantages démographiques du sauvetage génétique. L'article semble plutôt neutre concernant cette controverse mais souligne l'importance de comprendre comment les facteurs génétiques et environnementaux interagissent afin d'affecter la viabilité des populations.
Tout d'abord, cette étude met en avant l'une des conséquences possibles d'un flux de gènes vers une population consanguine. En effet, un évènement d'immigration peut donner lieu à un balayage génomique en raison du succès de l'immigré et de ses descendants hybrides. Ici, les avantages du sauvetage génétique ne sont donc que de courte durée. Ensuite, l'article met en avant la nécessité d'examiner plus attentivement la définition et les normes d'évaluation du sauvetage génétique, en particulier lorsque l'environnement est limité en terme de ressources et d'espace. En effet, de nombreuses populations menacées sont confrontées à des conditions écologiques en déclin et à une réduction de leur habitat, pouvant de ce fait masquer les avantages démographiques du sauvetage génétique. L'article semble plutôt neutre concernant cette controverse mais souligne l'importance de comprendre comment les facteurs génétiques et environnementaux interagissent afin d'affecter la viabilité des populations.
Remarques sur l'article
Une restauration génétique entraîne une augmentation de la fitness relative des hybrides mais n'est pas associée à un accroissement démographique de la population, contrairement au sauvetage génétique. Pour les loups de l'Isle Royale, même si l'évènement d'immigration a permis une restauration de la diversité génétique, une fitness relative des hybrides élevée et une diminution du coefficient de consanguinité, d'autres facteurs environnementaux ont empêché la population de s'étendre (Whiteley et al., 2015). Dans cette étude, il semble donc qu'une restauration génétique, et non un sauvetage, ait eu lieu.
Notons tout de même que si l'on se concentre sur la taille de la population avant et après le flux de gènes, il n'est en effet pas évident qu'un sauvetage génétique ait eu lieu. Cependant, si l'on compare la fitness observée après l'immigration à celle qu'elle aurait été si l'immigrant n'était pas arrivé, il est alors possible qu'un sauvetage génétique ait pu profiter à la population.
Une restauration génétique entraîne une augmentation de la fitness relative des hybrides mais n'est pas associée à un accroissement démographique de la population, contrairement au sauvetage génétique. Pour les loups de l'Isle Royale, même si l'évènement d'immigration a permis une restauration de la diversité génétique, une fitness relative des hybrides élevée et une diminution du coefficient de consanguinité, d'autres facteurs environnementaux ont empêché la population de s'étendre (Whiteley et al., 2015). Dans cette étude, il semble donc qu'une restauration génétique, et non un sauvetage, ait eu lieu.
Notons tout de même que si l'on se concentre sur la taille de la population avant et après le flux de gènes, il n'est en effet pas évident qu'un sauvetage génétique ait eu lieu. Cependant, si l'on compare la fitness observée après l'immigration à celle qu'elle aurait été si l'immigrant n'était pas arrivé, il est alors possible qu'un sauvetage génétique ait pu profiter à la population.
Figure
(a) Coefficient de consanguinité de la population (f). Concernant la période 1950-1998 (avant le sauvetage génétique), f a été calculé à partir d'estimations de la taille efficace de la population (3,8) et du temps de génération (4,2 ans) dérivés des propriétés démographiques de la population. Pour la période 1999-2009 (après le sauvetage génétique), la moyenne f et l'écart-type associé ont été calculés à partir du pedigree. La ligne en pointillés indique le f attendu si l'immigrant n'était pas arrivé dans la population. (b) Proportion d'ascendance de l'immigré (93) et de six loups reproducteurs indigènes (99, 67, 55, 61, 55, 91 et 92) pour chaque année depuis l'arrivée de 93. Le loup 99 est la première partenaire de l'immigré. Carrés ouverts : loup 93 ; triangles remplis : loup 99 ; diamants ouverts : loup 67 ; triangles ouverts : loup 55 ; cercles remplis : loup 61 ; astérisques : loup 91 et diamants remplis : loup 92. (Adams et al. 2011)
(a) Coefficient de consanguinité de la population (f). Concernant la période 1950-1998 (avant le sauvetage génétique), f a été calculé à partir d'estimations de la taille efficace de la population (3,8) et du temps de génération (4,2 ans) dérivés des propriétés démographiques de la population. Pour la période 1999-2009 (après le sauvetage génétique), la moyenne f et l'écart-type associé ont été calculés à partir du pedigree. La ligne en pointillés indique le f attendu si l'immigrant n'était pas arrivé dans la population. (b) Proportion d'ascendance de l'immigré (93) et de six loups reproducteurs indigènes (99, 67, 55, 61, 55, 91 et 92) pour chaque année depuis l'arrivée de 93. Le loup 99 est la première partenaire de l'immigré. Carrés ouverts : loup 93 ; triangles remplis : loup 99 ; diamants ouverts : loup 67 ; triangles ouverts : loup 55 ; cercles remplis : loup 61 ; astérisques : loup 91 et diamants remplis : loup 92. (Adams et al. 2011)
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