Las enfermedades genéticas se clasifican típicamente en dos grandes grupos: las enfermedades mendelianas y las enfermedades complejas. Mientras que las enfermedades mendelianas se caracterizan por ser de baja frecuencia en la población y estar causadas por mutaciones en un gen particular, las enfermedades complejas son el principal problema sanitario en los países desarrollados y se encuentran producidas por la interacción de factores ambientales y factores genéticos. En este caso no se puede hablar de mutación en un determinado gen, sino de polimorfismo que incrementa en una pequeña fracción el riesgo a padecer la enfermedad. En la presente tesis se ha estudiado la distribución espacial de la variabilidad genética tanto en enfermedades mendelianas (en concreto la fibrosis quística, la fenilcetonuria y la b-talasemia) como en una enfermedad compleja (la enfermedad coronaria) en poblaciones europeas y de todo el mundo. Los resultados obtenidos sugieren que la distribución geográfica de la variabilidad genética de las enfermedades mendelianas depende principalmente de factores demográficos y de la historia de las poblaciones. Ahora bien, este efecto no es independiente de factores selectivos. En particular, fenómenos de selección equilibradora pueden incrementar o disminuir la variabilidad genética en una población dependiendo de el momento en el que se dio el evento selectivo. En el caso de la enfermedad compleja estudiada, la enfermedad coronaria, nuestros resultados indican que la distribución espacial de los polimorfismos de riesgo en poblaciones europeas depende, al igual que sucede con otros marcadores genéticos, principalmente de la historia de poblaciones, especialmente del poblamiento del continente europeo, la posterior reexpansión después del último periodo glacial y de las gran expansión poblacional de los agricultores durante el neolítico.

En aquest treball es pretén utilitzar la informació que deixa la recombinació al nostres genomes per fer inferències sobre la història evolutiva recent de les poblacions humanes. Per fer-ho, s’ha desenvolupat un mètode novedós, anomenat IRiS, que permet la detecció de recombinacions antigues específiques en un conjunt de seqüències. Hem validat extensivament IRiS i l'hem sotmès a diferents escenaris per tal d’avaluar-ne l’ eficàcia. Un cop els events de recombinació són detectats, es poden utilitzar com a marcadors genètics per estudiar els patrons de diversitat de les poblacions humanes. Finalment, hem aplicat aquesta innovadora aproximació a un conjunt de poblacions humanes del Vell Món, que varen ser genotipades específicament amb aquesta finalitat, aportant nous coneixements en la història evolutiva recent dels humans / The aim of this work is to use the information left by recombination in our genomes to make inferences on the recent evolutionary history of human populations. For that, a novel method called IRiS has been developed that allows detecting specific past recombination events in a set of extant sequences. IRiS is extensively validated and studied in whole set of different scenarios in order to assess its performance. Once recombination events are detected, they can be used as genetic markers to study the recombinational diversity patterns of human populations. We apply this innovative approach to a whole set of different human populations within the Old World that were specifically genotyped for this end and we provide new insights in the recent human evolutionary history of our species.

Tesi realitzada al Instituto Pirenaico de Ecología (CSIC) / Widespread species have traditionally received much less attention than rare and endemic ones. However, they are crucial in macroecological patterns and in ecosystem structure and functioning. Thus, understanding the characteristics that allow widespread organisms to extend over large areas has a high interest from both theoretical and applied perspectives. One of the most frequent hypotheses to explain the success of widespread plants is that they show much wider ecological niches, and thus a high life-history and demographic variability. However, studies are often very specific and carried out over small spatio-temporal scales, which hinders a general understanding of intraspecific variation in widespread taxa. In this thesis, we span a large spatio-temporal scale and a large environmental gradient to analyze the magnitude and the possible causes of natural variation in the in the range centre and the northern periphery of the widespread herb Plantago coronopus. More precisely, we analyze variability in population dynamics, life-history traits, and genetic diversity in up to 22 populations in Europe and North Africa. We aim to explore the relation of such variability with the position of populations within the species’ range, since peripheral populations are traditionally expected to show a lower and more variable performance with respect to central populations. Additionally, we aim to analyze the effects of the most relevant environmental factors in population and individual performance at different spatial scales. In the first chapter, we found higher values in central populations in some vital rates, such as fecundity and growth, but recruitment and density were higher in northern peripheral populations, and there were no clear differences between regions in temporal variability of vital rates. Differences in population performance across the species’ range seemed to be correlated with local precipitation and intraspecific competition. In the second chapter, differences in mean values and variability of vital rates between central and peripheral areas led to no differences in stochastic population growth rates. In addition, recruitment was the most influential vital rate for population growth rates at different spatial scales, and we found the same pattern of differentiation in population dynamics in response to environmental conditions within central and peripheral regions. In the third chapter, we reported high variation among populations in seed traits along a steep environmental stress gradient. Moreover, patterns in seed production were opposite at the fruit and the individual scale, as a strategy of populations to maximize fitness in each set of local conditions. Finally, in the fourth chapter, we found no relationship within populations between phenotypic variability and genetic diversity. Phenotypic variation was mainly shaped by precipitation variability, suggesting adaptive variation, whereas genetic diversity was correlated with the central vs. peripheral position, probably in close relation with some random demographic processes experienced by populations in the past. Despite genetic diversity was higher in central populations, our results contradicted classical hypotheses predicting a lower demographic performance towards species’ range edges. In fact, environmental conditions seemed to have a higher influence on plant performance than the position of populations within the species’ range, which calls for the necessity of distinguishing between geographical periphery and ecological marginality in demographic studies. Overall, our study highlights the versatility of P. coronopus at different spatial scales in response to varying environmental conditions, complementing similar findings of previous research on the same taxon at smaller spatial scales. Such life-history variability seems to be a key factor for widespread plants to extend over large and heterogeneous ranges. / Las especies de amplia distribución han recibido tradicionalmente poca atención, a pesar de su importancia para la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas. En esta tesis, se analiza la variabilidad demográfica, de historia vital y genética en una planta de amplia distribución en Europa y el norte de África (Plantago coronopus), en un total de 22 poblaciones a lo largo de gran parte del rango latitudinal de la especie (centro y periferia norte). Se pretende analizar la magnitud y las causas de esta variabilidad intraespecífica en relación con la posición de las poblaciones dentro del rango y con los principales factores medioambientales. Las poblaciones periféricas mostraron una menor diversidad genética, pero no mostraron en general un peor o más variable comportamiento demográfico en cuanto a densidad o tasa de crecimiento poblacional, contradiciendo así las hipótesis clásicas centro-periferia. Se encontró un mismo patrón de diferenciación demográfica dentro de las regiones tanto central como periférica, en relación con la variación en el régimen de precipitaciones. La tasa de reclutamiento de nuevos individuos fue el proceso del ciclo vital con mayor importancia para el funcionamiento de las poblaciones. Se encontró también una gran variación entre poblaciones en las características de las semillas (número, tamaño, mucílago y proporción de dos tipos de semilla dimórficos) en relación con el gradiente de estrés ambiental. Finalmente, la variación fenotípica dentro de las poblaciones se relacionó con la variabilidad ambiental, mientras que la diversidad genética se correlacionó con la posición central vs. periférica de las poblaciones y posiblemente con la historia demográfica de la especie. Globalmente, este estudio muestra la importancia de distinguir entre periferia geográfica y marginalidad ecológica, y sugiere que el éxito de las plantas de amplia distribución reside en una gran variabilidad demográfica y de historia vital a diferentes escalas espaciales.

In the present study an amplification and genotyping system for 9 microsatellite loci has been developed and used to genotype brown trout (Salmo trutta) individuals. This system has allowed, on one hand, to efficiently analyze the brown trout population structure from Catalan Pyrenees basins and, on the other, to describe their genetic demography. The complexity of evolutionary processes occurred in the area and the different scale of space-time in which they took place make difficult to draw a general pattern relating structure and genetic demography of brown trout populations in the Catalan Pyrenees. However, results fit with the population structure suggested for the Mediterranean brown trout populations, which consist of small interconnected demes forming metapopulations. In the studied Pyrenean basins, the reproductive strategy and the connectivity between demes mitigate the genetic drift expected from the estimated effective population sizes. / El sistema de 9 loci microsatélites desarrollado en este trabajo resulta muy eficiente para el análisis de la estructura poblacional y la demografía genética de las poblaciones de trucha común (Salmo trutta) en las cuencas del Pirineo. La complejidad de los procesos evolutivos ocurridos durante las glaciaciones del cuaternario en el Pirineo y la diferente escala espacial y temporal en que estos han tenido lugar impiden establecer un patrón general que relacione la estructura poblacional y la demografía genética en las poblaciones de trucha común del Pirineo catalán. Sin embargo, los resultados obtenidos están de acuerdo con la estructura poblacional sugerida para las poblaciones mediterráneas de trucha común, que se consideran constituidas por pequeñas agrupaciones locales interconectadas que constituyen metapoblaciones. En todas las cuencas del Pirineo parece que hay una tendencia a que la estrategia reproductora y la interconexión entre los grupos limiten los efectos perjudiciales de la deriva.

S'ha estudiat la variabilitat genètica de les poblacions del nord d'Àfrica a partir de l'anàlisi de diverses regions genòmiques per tal d'entendre les poblacions analitzades d'una banda, i comprendre la dinàmica del genoma per l'altra. Els resultats obtinguts ens han permès verificar diferents hipòtesis sobre la història de les poblacions d'aquesta regió com són l'efecte paral·lel i independent de l'onada de difusió del neolític des de l'Orient Mitjà al llarg d'ambdues ribes de la Mediterrànea; i l'efecte de l'arabització. S'ha pogut estimar també la contribució genètica masculina nord africana a la península ibèrica i detectat certa contribució genètica del pobles sub-saharians a les poblacions nordafricanes. Per altra banda, el tipatge de marcadors genètics que evolucionen a velocitats diferents al cromosoma Y ha permès mostrar que el background genètic predomina sobre el background poblacional en l'estructura de la variació genètica dels microsatèl·lits en la regió no recombinant del cromosoma Y humà. / The genetic variability of the North African populations has been studied through the analysis of different genomic regions in order to understand both the analysed populations and the dynamics of the genome. The obtained results allow us to verify different hypotheses about the population history of this region including the parallel and independent effect of the Neolithic wave of advance from the Middle East and along both Mediterranean coasts; and the effect of Arabization phenomena. We also tried to estimate the North African male genetic contribution to the Iberian peninsula and detected Sub-Saharian genetic influences to the North African peoples. Moreover, the typing of genetic markers with different evolutionary rates on the Y chromosome allowed us to demonstrate that variation in microsatellites is deeply structured by genetic background on the non-recombining region of the human Y chromosome.

Una de les forces selectives més fortes que han afectat a les poblacions humanes en la història més recent és el paràsit de la malària: Plasmodium falciparum, que és la causa de varis exemples d'adaptació induïda per patògens en els éssers humans. Una forma especial de malària és l'associada a l'embaràs, que es caracteritza per l'acumulació d'eritròcits infectats en la placenta, i que pot arribar a causar fins a 200.000 morts maternoinfantils cada any. L'objectiu d'aquest treball és descriure com aquesta forma peculiar de malària ha afectat la variació genètica humana. Amb aquesta finalitat, hem utilitzat mètodes tant de la genètica evolutiva com de l'epidemiologia molecular, resultant en la primera investigació a gran escala de la base genètica de la malària placentària. Els resultats ofereixen una nova visió sobre els gens que modulen el risc d'infecció, ,així com de la selecció natural actuant sobre les vies cel·lulars implicades en la patogènesi de la malaltia. Finalment, també aportem noves dades sobre l'estructura genètica de les poblacions sub-saharianes analitzades. / One of the strongest selective forces affecting human populations in recent history is the malaria parasite Plasmodium falciparum, which is the cause of a variety of well-established examples of pathogen-induced adaptation in humans. A special form of malaria is pregnancy-associated malaria, which is characterised by the accumulation of infected erythrocytes in the placenta, and causes up to 200,000 maternal and infant deaths every year. The aim of this work is to characterise how this particular form of malaria has shaped human genetic variation. To that end we use methods of both evolutionary genetics and molecular epidemiology, reporting the first large-scale investigation of the genetic basis of placental infection. Our results provide new insights into genes modulating the risk of infection, as well as natural selection acting on cellular pathways involved in the pathogenesis of the disease. Finally, we also provide new data on the genetic structure of affected populations in Sub-Saharan Africa.