La diversité génétique intra-spécifique constitue le potentiel adaptatif des espèces et, à ce titre, elle est donc indispensable pour l'évolution de celles-ci. Chez les vertébrés, les gènes du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) sont une composante essentielle de quoi permet de faire face aux parasites en initiant une réponse immunitaire. La pression de sélection exercée par les parasites et la sélection sexuelle via le choix du partenaire devraient donc agir sur la diversité génétique du CMH. Cependant, la distinction empirique des pressions sélectives agissant sur la diversité génétique du CMH en milieu naturel nécessite de suivre un grand nombre individus tout au long de leur vie et d'effectuer leur génotypage. Le premier objectif de cette thèse a donc été développer et appliquer un protocole de génotypage chez la marmotte Alpine (Marmota marmota), sur quatre loci du CMH décrits précédemment. Ceci permet par la suite d'étudier, dans une population de marmottes Alpines vivant en milieu naturel, si les caractéristiques génétiques du CMH influencent (1) le choix de partenaire, (2) la présence et/ou l'abondance de trois espèces de parasites intestinaux et (3) leur survie juvénile. Ce travail a fourni une méthode appropriée pour la détermination de génotypes fiables sur un grand nombre d'échantillons en utilisant des techniques de séquençage de nouvelle génération. Ensuite, nous avons constaté l'existence d'un choix de partenaire basé sur le CMH mais aussi sur les caractéristiques de l'ensemble du génome. Par la suite, nous avons mis en évidence le faible rôle du CMH sur la présence et abondance de trois espèces de parasites intestinaux. Finalement, nous avons constaté que l'association entre la survie juvénile et les caractéristiques génétiques du CMH et de l'ensemble du génome ont changé au cours des vingt-trois ans de suivi de la population. Dans l'ensemble, cette thèse présente une approche intégrée de l'étude des rôles du CMH sur une population contemporaine de marmottes Alpines / Intra-specific genetic diversity represents the true potential of adaptation of species and is thus essential for evolutionary change. In vertebrates, the genes of the major histocompatibility complex (MHC) play a critical role in vertebrate disease resistance by initiating immune response. The selective pressure carried out by parasites and sexual selection via mate choice are supposed to maintain the extreme diversity found in the MHC. Yet, empirical differentiation of selective pressures acting on MHC in the wild requires individually based monitoring of a large number of individuals and genotyping them. The aim of this thesis was firstly to develop and apply a genotyping protocol in Alpine marmots (Marmota marmota) to genotype four previously described MHC loci. This allows subsequently to evaluate, in a wild population of Alpine marmots, if MHC characteristics play a role (1) on mate choice, (2) on the presence and/or abundance of three intestinal parasite species and (3) on juvenile survival. This work provided a suitable method to reliably genotype large number of individuals using next-generation sequencing techniques. Then, we found evidences for female mate choice based on MHC but also on neutral genetic characteristics. Subsequently, we evidenced the weak role of MHC characteristics on the presence and abundance of three intestinal parasites. Finally, we found evidences for a change of the effect of genetic diversity at both MHC and neutral loci on juvenile survival during the 23-year monitoring study. Overall, this thesis comprises an integrated approach for the study of the roles of MHC in a contemporaneous population of Alpine marmots

Le caryotype moléculaire permet d’identifier un CNV chez 10-14% des individus atteints de déficience intellectuelle et/ou de malformations congénitales. C’est pourquoi il s’agit maintenant de l’analyse de première intention chez ces patients. Toutefois, le rendement diagnostique n’est pas aussi bien défini en contexte prénatal et l’identification de CNVs de signification clinique incertaine y est particulièrement problématique à cause du risque d’interruption de grossesse. Nous avons donc testé 49 fœtus avec malformations majeures et un caryotype conventionnel normal avec une micropuce CGH pangénomique, et obtenu un diagnostic dans 8,2% des cas. Par ailleurs, des micropuces à très haute résolution combinant le caryotype moléculaire et le génotypage de SNPs ont récemment été introduites sur le marché. En plus d’identifier les CNVs, ces plateformes détectent les LOHs, qui peuvent indiquer la présence d’une mutation homozygote ou de disomie uniparentale. Ces anomalies pouvant être associées à la déficience intellectuelle ou à des malformations, leur détection est particulièrement intéressante pour les patients dont le phénotype reste inexpliqué. Cependant, le rendement diagnostique de ces plateformes n’est pas confirmé, et l’utilité clinique réelle des LOHs n’est toujours pas établie. Nous avons donc testé 21 enfants atteints de déficience intellectuelle pour qui les méthodes standards d’analyse génétique n’avaient pas résulté en un diagnostic, et avons pu faire passer le rendement diagnostique de 14,3% à 28,6% grâce à l’information fournie par les LOHs. Cette étude démontre l’utilité clinique d’une micropuce CGH pangénomique chez des fœtus avec malformations, de même que celle d’une micropuce SNP chez des enfants avec déficience intellectuelle. / Molecular karyotyping identifies a CNV in 10-14% of individuals affected with intellectual disability and/or congenital abnormalities. Therefore, it is now the first-tier analysis for these patients. However, the diagnostic yield is not as clear in the prenatal context, and the risk of pregnancy termination makes the detection of variants of uncertain clinical significance particularly problematic. We tested 49 fetuses with major malformations and a normal karyotype, using a pangenomic CGH array, and obtained a diagnosis in 8.2% of cases. Furthermore, high-resolution microarrays combining molecular karyotyping and SNP genotyping were recently introduced on the market. In addition to identifying CNVs, these platforms detect LOHs, which can indicate the presence of a homozygous mutation or of uniparental disomy. Since these abnormalities can be associated with intellectual disability or congenital abnormalities, their detection is of particular interest for patients whose phenotype remains unexplained. However, the diagnostic yield obtained with these platforms is not confirmed, and the real clinical value of LOH detection is not yet established. We tested 21 children affected with intellectual disability for whom standard genetic analyses failed to provide a diagnosis, and were able to increase the diagnostic yield from 14.3% to 28.6% as a result of the information provided by LOHs. This study shows the clinical usefulness of pangenomic CGH arrays in fetuses with malformation(s), as well as that of SNP arrays in children with intellectual disability.

La population canadienne-française a une histoire démographique unique faisant d’elle une population d’intérêt pour l’épidémiologie et la génétique. Cette thèse vise à mettre en valeur les caractéristiques de la population québécoise qui peuvent être utilisées afin d’améliorer la conception et l’analyse d’études d’épidémiologie génétique. Dans un premier temps, nous profitons de la présence d’information généalogique détaillée concernant les Canadiens français pour estimer leur degré d’apparentement et le comparer au degré d’apparentement génétique. L’apparentement génétique calculé à partir du partage génétique identique par ascendance est corrélé à l’apparentement généalogique, ce qui démontre l'utilité de la détection des segments identiques par ascendance pour capturer l’apparentement complexe, impliquant entre autres de la consanguinité. Les conclusions de cette première étude pourront guider l'interprétation des résultats dans d’autres populations ne disposant pas d’information généalogique. Dans un deuxième temps, afin de tirer profit pleinement du potentiel des généalogies canadienne-françaises profondes, bien conservées et quasi complètes, nous présentons le package R GENLIB, développé pour étudier de grands ensembles de données généalogiques. Nous étudions également le partage identique par ascendance à l’aide de simulations et nous mettons en évidence le fait que la structure des populations régionales peut faciliter l'identification de fondateurs importants, qui auraient pu introduire des mutations pathologiques, ce qui ouvre la porte à la prévention et au dépistage de maladies héréditaires liées à certains fondateurs. Finalement, puisque nous savons que les Canadiens français ont accumulé des segments homozygotes, à cause de la présence de consanguinité lointaine, nous estimons la consanguinité chez les individus canadiens-français et nous étudions son impact sur plusieurs traits de santé. Nous montrons comment la dépression endogamique influence des traits complexes tels que la grandeur et des traits hématologiques. Nos résultats ne sont que quelques exemples de ce que nous pouvons apprendre de la population canadienne-française. Ils nous aideront à mieux comprendre les caractéristiques des autres populations de même qu’ils pourront aider la recherche en épidémiologie génétique au sein de la population canadienne-française. / The French Canadian founder population has a demographic history that makes it an important population for epidemiology and genetics. This work aims to explain what features can be used to improve the design and analysis of genetic epidemiological studies in the Quebec population. First we take advantage of the presence of extended genealogical records among French Canadians to estimate relatedness from those records and compare it to the genetic kinship. The kinship based on identical-by-descent sharing correlates well with the genealogical kinship, further demonstrating the usefulness of genomic identical-by-descent detection to capture complex relatedness involving inbreeding and our findings can guide the interpretation of results in other population without genealogical data. Second to optimally exploit the full potential of these well preserved, exhaustive and detailed French Canadian genealogical data we present the GENLIB R package developed to study large genealogies. We also investigate identical-by-descent sharing with simulations and highlight the fact that regional population structure can facilitate the identification of notable founders that could have introduced disease mutations, opening the door to prevention and screening of founder-related diseases. Third, knowing that French Canadians have accumulated segments of homozygous genotypes, as a result of inbreeding due to distant ancestors, we estimate the inbreeding in French Canadian individuals and investigate its impact on multiple health traits. We show how inbreeding depression influences complex traits such as height and blood-related traits. Those results are a few examples of what we can learn from the French Canadian population and will help to gain insight on other populations’ characteristics as well as help the genetic epidemiological research within the French Canadian population.

Un individu est dit consanguin si ses parents sont apparentés et s’il existe donc dans sa généalogie au moins une boucle de consanguinité aboutissant à un ancêtre commun. Le coefficient de consanguinité de l’individu est par définition la probabilité pour qu’à un point pris au hasard sur le génome, l’individu ait reçu deux allèles identiques par descendance qui proviennent d’un seul allèle présent chez un des ancêtres communs. Ce coefficient de consanguinité est un paramètre central de la génétique qui est utilisé en génétique des populations pour caractériser la structure des populations, mais également pour rechercher des facteurs génétiques impliqués dans les maladies. Le coefficient de consanguinité était classiquement estimé à partir des généalogies, mais des méthodes ont été développées pour s’affranchir des généalogies et l’estimer à partir de l’information apportée par des marqueurs génétiques répartis sur l’ensemble du génome.Grâce aux progrès des techniques de génotypage haut-débit, il est possible aujourd’hui d’obtenir les génotypes d’un individu sur des centaines de milliers de marqueurs et d’utiliser ces méthodes pour reconstruire les régions d’identité par descendance sur son génome et estimer un coefficient de consanguinité génomique. Il n’existe actuellement pas de consensus sur la meilleure stratégie à adopter sur ces cartes denses de marqueurs en particulier pour gérer les dépendances qui existent entre les allèles aux différents marqueurs (déséquilibre de liaison). Dans cette thèse, nous avons évalué les différentes méthodes disponibles à partir de simulations réalisées en utilisant de vraies données avec des schémas de déséquilibre de liaison réalistes. Nous avons montré qu’une approche intéressante consistait à générer plusieurs sous-cartes de marqueurs dans lesquelles le déséquilibre de liaison est minimal, d’estimer un coefficient de consanguinité sur chacune des sous-cartes par une méthode basée sur une chaîne de Markov cachée implémentée dans le logiciel FEstim et de prendre comme estimateur la médiane de ces différentes estimations. L’avantage de cette approche est qu’elle est utilisable sur n’importe quelle taille d’échantillon, voire sur un seul individu, puisqu’elle ne demande pas d’estimer les déséquilibres de liaison. L’estimateur donné par FEstim étant un estimateur du maximum de vraisemblance, il est également possible de tester si le coefficient de consanguinité est significativement différent de zéro et de déterminer la relation de parenté des parents la plus vraisemblable parmi un ensemble de relations. Enfin, en permettant l’identification de régions d’homozygoties communes à plusieurs malades consanguins, notre stratégie peut permettre l’identification des mutations récessives impliquées dans les maladies monogéniques ou multifactorielles.Pour que la méthode que nous proposons soit facilement utilisable, nous avons développé le pipeline, FSuite, permettant d’interpréter facilement les résultats d’études de génétique de populations et de génétique épidémiologique comme illustré sur le panel de référence HapMap III, et sur un jeu de données cas-témoins de la maladie d’Alzheimer. / An individual is said to be inbred if his parents are related and if his genealogy contains at least one inbreeding loop leading to a common ancestor. The inbreeding coefficient of an individual is defined as the probability that the individual has received two alleles identical by descent, coming from a single allele present in a common ancestor, at a random marker on the genome. The inbreeding coefficient is a central parameter in genetics, and is used in population genetics to characterize the population structure, and also in genetic epidemiology to search for genetic factors involved in recessive diseases.The inbreeding coefficient was traditionally estimated from genealogies, but methods have been developed to avoid genealogies and to estimate this coefficient from the information provided by genetic markers distributed along the genome.With the advances in high-throughput genotyping techniques, it is now possible to genotype hundreds of thousands of markers for one individual, and to use these methods to reconstruct the regions of identity by descent on his genome and estimate a genomic inbreeding coefficient. There is currently no consensus on the best strategy to adopt with these dense marker maps, in particular to take into account dependencies between alleles at different markers (linkage disequilibrium).In this thesis, we evaluated the different available methods through simulations using real data with realistic patterns of linkage disequilibrium. We highlighted an interesting approach that consists in generating several submaps to minimize linkage disequilibrium, estimating an inbreeding coefficient of each of the submaps based on a hidden Markov method implemented in FEstim software, and taking as estimator the median of these different estimates. The advantage of this approach is that it can be used on any sample size, even on an individual, since it requires no linkage disequilibrium estimate. FEstim is a maximum likelihood estimator, which allows testing whether the inbreeding coefficient is significantly different from zero and determining the most probable mating type of the parents. Finally, through the identification of homozygous regions shared by several consanguineous patients, our strategy permits the identification of recessive mutations involved in monogenic and multifactorial diseases.To facilitate the use of our method, we developed the pipeline FSuite, to interpret results of population genetics and genetic epidemiology studies, as shown on the HapMap III reference panel, and on a case-control Alzheimer's disease data.