Patrones de variacio n nucleotí dica y cartografí a de bloques de seleccio n ligada en el genoma de Drosophila melanogaster

Abstract

Gracias a la secuenciación de última generación (NGS) que permite disponer de múltiples genomas de individuos de una misma población podemos hoy hablar de una nueva disciplina: la genómica de poblaciones. El análisis de la variación a escala genómica añade una nueva dimensión en la interpretación de la variación genética (Jorde et al. 2001). Uno de los proyectos pioneros y más ambiciosos de genómica de poblaciones es la iniciativa internacional Drosophila Genetic Reference Panel (DGRP), en el que se han secuenciado 205 genomas de la especie Drosophila melanogaster. Este recurso único se ha puesto a disposición de la comunidad drosofilista para el estudio de la variación genotípica y fenotípica en este organismo modelo de la genética desde sus orígenes. Los resultados obtenidos de los recientes estudios de variación genómica han desplazado el debate neutralista-seleccionista (Lewontin 1974) hacia una nueva perspectiva: la recombinación parece ser la fuerza evolutiva clave a la hora de determinar la importancia relativa de la deriva genética versus la selección natural en diferentes regiones del genoma. Esta tesis es un estudio de genómica de poblaciones en la que se describen los patrones de variación nucleotídica de una población norteamericana de Drosophila melanogaster usando las secuencias genómicas de DGRP. Se evalúa la importancia relativa de los posibles factores genómicos moduladores de la variación nucleotídica a lo largo del genoma. La recombinación es con mucho la principal variable explicativa, por lo que se ha explorado en profundidad cómo afecta la tasa de recombinación a los patrones de variación. La correlación universalmente hallada entre el polimorfismo y la recombinación desaparece a partir de un valor umbral de recombinación en el nivel del cromosoma. En esta tesis se demuestra y estima la existencia de este valor umbral de recombinación para cada brazo cromosómico y se introducen dos nuevos conceptos en la genómica de poblaciones: bloque de selección ligada (LSB) y bloque sin selección ligada (NLSB). El genoma es un mosaico constituido por ambos tipos de bloques en los que la dinámica de la evolución molecular es opuesta y en consecuencia deben ser reconocidos y cartografiados. En los NLSB la interpretación clásica de los datos basados en la neutralidad como modelo nulo podría adoptarse perfectamente (Cavalli-Sforza 1966; Lewontin y Krakauer 1973), mientras que en los LSB se debe incorporar la selección ligada al cuerpo teórico y los modelos al uso de la genética de poblaciones. En esta tesis se traza el mapa de LSB en la especie Drosophila melanogaster utilizando distintas estimas de recombinación y se intenta determinar la unidad mínima de bloque de selección ligada.

Nowadays, sequencing of multiple individual genomes of the same population by next generation sequencing technologies (NGS) allows us to talk about a new discipline: Population Genomics. Genome-wide diversity analyses add an extra layer to the interpretation of genetic variation (Jorde et al. 2001). A pioneer and ambitious project in population genomics is the international initiative Drosophila Genetic Reference Panel (DGRP), where 205 individual genomes of the species Drosophila melanogaster have been sequenced. This unique resource is being shared by the Drosophila research community to study genotypic and phenotypic diversity in this model organism. The results obtained by the new genome-wide variation studies have shifted the neutralist-selectionist debate (Lewontin 1974) towards a new perspective: the recombination is the key evolutionary force determining the relative importance of genetic drift versus natural selection in different regions of the genome. In this dissertation, we describe the nucleotide diversity patterns of a North American natural population of Drosophila melanogaster population using DGRP genome sequences. We assess the relative importance of different population genetics forces modulating genome-wide nucleotide diversity. Recombination is the main explanatory variable and hence, we have deeply explored how recombination affects diversity patterns. The correlation almost universally found between polymorphism and recombination vanishes when recombination exceeds a given threshold value at the chromosome level. We show the actual existence of a recombination threshold at any given chromosome and their values for each chromosome arm have been estimated. Two new concepts in population genomics are introduced: linked selection block (LSB) and no linked selection block (NLSB). The genome is a mosaic made by these two distinctive blocks on which molecular evolutionary dynamics are opposite and, in consequence, they have to be recognized and mapped. In NLSB the classical interpretation of data based in neutrality as a null model could be perfectly applied (Cavalli-Sforza 1966; Lewontin y Krakauer 1973), while in LSB linked selection should be included in the theoretical framework of population genomics. We mapped the LSB map in Drosophila melanogaster using several recombination variables and we try to determine the minimum unit of linked selection block.