Indice de fixation

L'indice de fixation (F_ST), aussi appelé indice de différenciation, est un indice permettant de mesurer la différenciation des populations à partir du polymorphisme génétique. En général il est calculé à partir de SNP ou de microsatellites. Ses valeurs vont de 0 à 1 : une valeur comprise entre 0 et 0,05 indique une faible différenciation ; une valeur comprise entre 0,05 et 0,15, une différenciation modérée ; une valeur comprise entre 0,15 et 0,25, une grande différenciation et une valeur supérieure à 0,25, une très grande différenciation^[1].

Estimation

Selon Hudson et al. (1992), on peut utiliser l’estimateur suivant pour calculer la $F_{ST}$ :

$F_{ST}={\frac {\Pi _{ext}-\Pi _{int}}{\Pi _{ext}}}$

où $\Pi _{ext}$ et $\Pi _{int}$ représentent le nombre moyen de différences par paire entre deux individus échantillonnés à partir de sous-populations différentes ( $\Pi _{ext}$ ) ou à partir de la même sous-population ( $\Pi _{int}$ ). La différence moyenne par paire au sein d'une population peut être calculée comme la somme des différences par paire divisée par le nombre de paires. Cependant, cet estimateur est biaisé lorsque les tailles d'échantillon sont petites ou si elles varient entre les populations et des méthodes plus élaborées sont utilisées pour calculer FST dans la pratique.

Distances génétiques entre les populations humaines

Calculées à partir de marqueurs génétiques classiques

Dans leur étude The History and Geography of Human Genes (1994), Cavalli-Sforza, Menozzi et Piazza ont calculé les Fst entre 42 populations à l'aide de 120 marqueurs génétiques classiques. La table ci-dessous montrent les résultats (x10 000) pour quelques populations ^[2] :

Fst (Cavalli 1994)	Africain de l'Ouest	Berbère	Indien	Iranien	Proche Orientaux	Japonais	Basque	Lappon	Sarde	Danois	Anglais	Grecque	Italien
Africain de l'Ouest	0	1642	1748	1796	1454	2252	1299	1689	2062	1459	1487	1356	1794
Berbère	1642	0	497	408	263	1707	392	736	619	313	273	429	315
Indien	1748	497	0	154	229	718	418	459	449	293	280	272	261
Iranien	1796	408	154	0	158	1059	285	423	314	179	197	70	133
Proche-oriental	1454	263	229	158	0	1056	246	423	329	238	236	129	208
Japonais	2252	1707	718	1059	1056	0	1481	947	1558	1176	1244	1175	1145
Basque	1299	392	418	285	246	1481	0	629	348	184	119	231	141
Lappon	1689	736	459	423	423	947	629	0	667	334	404	308	339
Sarde	2062	619	449	314	329	1558	348	667	0	348	340	190	221
Danois	1459	313	293	179	238	1176	184	334	348	0	21	191	72
Anglais	1487	273	280	197	236	1244	119	404	340	21	0	204	51
Grecque	1356	429	272	70	129	1175	231	308	190	191	204	0	77
Italien	1794	315	261	133	208	1145	141	339	221	72	51	77	0

Des valeurs plus élevées sont trouvées si des groupes homogènes très divergents sont comparés : la valeur Fst la plus élevée trouvée était de 46%, entre les Mbuti et les Papous.

Calculées à partir de SNPs

Distances génétiques autosomales inter-continentales calculées à partir de SNP^[3]^,^[4]
	Europe (Nord-Américains)	Afrique sub-saharienne (Yoruba)	Asie de l'est (Chinois)
Europe (Nord-Américains)		0.1530	0.1100
Afrique sub-saharienne (Yoruba)	0.1530		0.1900
Asie de l'est (Chinois)	0.1100	0.1900

Distances génétiques autosomales intra-européennes et méditerranéennes calculées à partir de SNP (>500K)^[5]
Populations	Italiens (Bergame)	Anglais (Kent)	Finlandais (Helsinki)	Français (Centre)	Allemands (Leipzig)	Lituaniens	Russes	Espagnols (Murcie)	Grecs (Athènes)	Maltais	Siciliens	Sardes	Palestiniens	Turcs (Istanbul)	Saoudiens	Yéménites	Pendjabis	Égyptiens	Libyens (Tripoli)	Tunisiens (Tunis)	Marocains (Casablanca)	Japonais	Yorubas
Italiens (Bergame)	0	0.0025	0.0105	0.0015	0.0035	0.0105	0.0090	0.0022	0.0035	0.0050	0.0031	0.0071	0.0102	0.0048	0.0157	0.0171	0.0390	0.0128	0.0183	0.0175	0.0222	0.1152	0.1446
Anglais (Kent)	0.0025	0	0.0064	0.0000	0.0000	0.0062	0.0043	0.0027	0.0065	0.0084	0.0045	0.0121	0.0136	0.0055	0.0179	0.0192	0.0370	0.0168	0.0210	0.0189	0.0239	0.1176	0.1430
Finlandais (Helsinki)	0.0105	0.0064	0	0.0065	0.0055	0.0071	0.0036	0.0110	0.0141	0.0158	0.0139	0.0217	0.0217	0.0118	0.0263	0.0272	0.0376	0.0250	0.0298	0.0274	0.0319	0.1057	0.1465
Français (Centre)	0.0015	0.0000	0.0065	0	0.0010	0.0060	0.0051	0.0016	0.0051	0.0067	0.0046	0.0092	0.0131	0.0059	0.0186	0.0203	0.0377	0.0163	0.0222	0.0207	0.0251	0.1109	0.1460
Allemands (Leipzig)	0.0035	0.0000	0.0055	0.0010	0	0.0038	0.0034	0.0042	0.0070	0.0081	0.0062	0.0128	0.0149	0.0066	0.0203	0.0211	0.0380	0.0176	0.0232	0.0221	0.0261	0.1149	0.1454
Lituaniens	0.0105	0.0062	0.0071	0.0060	0.0038	0	0.0034	0.0105	0.0138	0.0158	0.0131	0.0208	0.0225	0.0125	0.0281	0.0295	0.0421	0.0261	0.0317	0.0300	0.0339	0.1170	0.1503
Russes	0.0090	0.0043	0.0036	0.0051	0.0034	0.0034	0	0.0091	0.0116	0.0135	0.0110	0.0198	0.0202	0.0097	0.0252	0.0265	0.0348	0.0235	0.0287	0.0275	0.0317	0.0991	0.1462
Espagnols (Murcie)	0.0022	0.0027	0.0110	0.0016	0.0042	0.0105	0.0091	0	0.0035	0.0052	0.0026	0.0083	0.0089	0.0042	0.0129	0.0124	0.0373	0.0101	0.0135	0.0112	0.0159	0.1144	0.1358
Grecs (Athènes)	0.0035	0.0065	0.0141	0.0051	0.0070	0.0138	0.0116	0.0035	0	0.0040	0.0019	0.0104	0.0068	0.0025	0.0102	0.0124	0.0353	0.0089	0.0152	0.0146	0.0197	0.1151	0.1407
Maltais	0.0050	0.0084	0.0158	0.0067	0.0081	0.0158	0.0135	0.0052	0.0040	0	0.0031	0.0107	0.0073	0.0041	0.0114	0.0125	0.0369	0.0077	0.0127	0.0123	0.0169	0.1147	0.1343
Siciliens	0.0031	0.0045	0.0139	0.0046	0.0062	0.0131	0.0110	0.0026	0.0019	0.0031	0	0.0090	0.0053	0.0016	0.0084	0.0092	0.0351	0.0064	0.0105	0.0101	0.0143	0.1148	0.1346
Sardes	0.0071	0.0121	0.0217	0.0092	0.0128	0.0208	0.0198	0.0083	0.0104	0.0107	0.0090	0	0.0161	0.0131	0.0218	0.0244	0.0512	0.0183	0.0238	0.0226	0.0269	0.1235	0.1516
Palestiniens	0.0102	0.0136	0.0217	0.0131	0.0149	0.0225	0.0202	0.0089	0.0068	0.0073	0.0053	0.0161	0	0.0069	0.0066	0.0063	0.0347	0.0044	0.0088	0.0103	0.0136	0.1065	0.1235
Turcs (Istanbul)	0.0048	0.0055	0.0118	0.0059	0.0066	0.0125	0.0097	0.0042	0.0025	0.0041	0.0016	0.0131	0.0069	0	0.0105	0.0101	0.0268	0.0087	0.0144	0.0145	0.0196	0.0982	0.1363
Saoudiens	0.0157	0.0179	0.0263	0.0186	0.0203	0.0281	0.0252	0.0129	0.0102	0.0114	0.0084	0.0218	0.0066	0.0105	0	0.0032	0.0373	0.0042	0.0045	0.0088	0.0125	0.1127	0.1212
Yéménites	0.0171	0.0192	0.0272	0.0203	0.0211	0.0295	0.0265	0.0124	0.0124	0.0125	0.0092	0.0244	0.0063	0.0101	0.0032	0	0.0336	0.0025	0.0035	0.0046	0.0078	0.1096	0.1024
Pendjabis	0.0390	0.0370	0.0376	0.0377	0.0380	0.0421	0.0348	0.0373	0.0353	0.0369	0.0351	0.0512	0.0347	0.0268	0.0373	0.0336	0	0.0353	0.0407	0.0395	0.0431	0.0789	0.1340
Égyptiens	0.0128	0.0168	0.0250	0.0163	0.0176	0.0261	0.0235	0.0101	0.0089	0.0077	0.0064	0.0183	0.0044	0.0087	0.0042	0.0025	0.0353	0	0.0034	0.0040	0.0066	0.1084	0.1064
Libyens (Tripoli)	0.0183	0.0210	0.0298	0.0222	0.0232	0.0317	0.0287	0.0135	0.0152	0.0127	0.0105	0.0238	0.0088	0.0144	0.0045	0.0035	0.0407	0.0034	0	0.0008	0.0033	0.1158	0.1021
Tunisiens (Tunis)	0.0175	0.0189	0.0274	0.0207	0.0221	0.0300	0.0275	0.0112	0.0146	0.0123	0.0101	0.0226	0.0103	0.0145	0.0088	0.0046	0.0395	0.0040	0.0008	0	0.0011	0.1121	0.0968
Marocains (Casablanca)	0.0222	0.0239	0.0319	0.0251	0.0261	0.0339	0.0317	0.0159	0.0197	0.0169	0.0143	0.0269	0.0136	0.0196	0.0125	0.0078	0.0431	0.0066	0.0033	0.0011	0	0.1127	0.0883
Japonais	0.1152	0.1176	0.1057	0.1109	0.1149	0.1170	0.0991	0.1144	0.1151	0.1147	0.1148	0.1235	0.1065	0.0982	0.1127	0.1096	0.0789	0.1084	0.1158	0.1121	0.1127	0	0.1749
Yorubas	0.1446	0.1430	0.1465	0.1460	0.1454	0.1503	0.1462	0.1358	0.1407	0.1343	0.1346	0.1516	0.1235	0.1363	0.1212	0.1024	0.1340	0.1064	0.1021	0.0968	0.0883	0.1749	0

Calculées à partir de l'exome entier (WES)

Distances génétiques (FST) entre plusieurs populations européennes, moyen-orientales, nord-africaines, africaines subsahariennes et asiatiques de l'est calculées à partir de l'exome entier (Whole Exome Sequencing ou WES (en)) en 2016^[6] :

Selon les auteurs, trois clusters distincts de populations présentant un faible niveau de différenciation génétique sont mis en évidence : l’Afrique subsaharienne, l’Europe associée au Grand Moyen-Orient (GME) et l’Asie de l’Est. Parmi les populations mondiales, les populations du GME et les populations européennes sont les plus étroitement apparentées entre elles, davantage que ne le sont celles de toute autre paire de régions continentales. La plus grande distance génétique observée entre deux populations est estimée à 0,212, entre les Yoruba et les Japonais.

Programmes permettant de calculer les F_ST

Bibliographie

Kent E. Holsinger and Bruce S. Weir, Genetics in geographically structured populations: defining, estimating and interpreting FST, University of Connecticut Year 2009

Notes

↑ François Balloux, Nicolas Lugon-Moulin, The estimation of population differentiation with microsatellite markers, Molecular biology, Volume11, Issue2, February 2002, pages 155-165.
↑ Luigi Luca Cavalli-Sforza, Paolo Menozzi, Alberto Piazza, The History and Geography of Human Genes, Princeton University Press, 1994, p.75
↑ Nelis et al. 2009, Genetic Structure of Europeans: A View from the North–East
↑ C.Tian et al. 2009, European Population Genetic Substructure: Further Definition of Ancestry Informative Markers for Distinguishing among Diverse European Ethnic Groups
↑ Les distances génétiques F_ST (arrondies à 4 décimales) présentées dans ce tableau proviennent du fichier de données complémentaires « Dataset S02 (XLSX) » de l’article : Barbieri, Chiara ; Blasi, Damián E. ; Arango-Isaza, Epifanía ; Sotiropoulos, Alexandros G. ; Hammarström, Harald ; Wichmann, Søren ; Greenhill, Simon J. (2022). A global analysis of matches and mismatches between human genetic and linguistic histories. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 119, no 47, e2122084119. DOI: 10.1073/pnas.2122084119.
↑ Scott, E., Halees, A., Itan, Y. et al. Characterization of Greater Middle Eastern genetic variation for enhanced disease gene discovery. Nat Genet 48, 1071–1076 (2016). https://doi.org/10.1038/ng.3592. Supplementary Figure 6: Heat map of pairwise FST values among all 1000 Genomes Project and GME populations identifies three clusters with a low degree of differentiation..
↑ (en) Nicholas G. Crawford, « smogd: software for the measurement of genetic diversity », Molecular Ecology Resources, vol. 10, n^o 3,‎ 2010, p. 556–557 (PMID 21565057, DOI 10.1111/j.1755-0998.2009.02801.x)

Portail de la biologie

[1] François Balloux, Nicolas Lugon-Moulin, The estimation of population differentiation with microsatellite markers, Molecular biology, Volume11, Issue2, February 2002, pages 155-165.

[2] Luigi Luca Cavalli-Sforza, Paolo Menozzi, Alberto Piazza, The History and Geography of Human Genes, Princeton University Press, 1994, p.75

[nelis-3] Nelis et al. 2009, Genetic Structure of Europeans: A View from the North–East

[4] C.Tian et al. 2009, European Population Genetic Substructure: Further Definition of Ancestry Informative Markers for Distinguishing among Diverse European Ethnic Groups

[Barbieri2022FST-5] Les distances génétiques F_ST (arrondies à 4 décimales) présentées dans ce tableau proviennent du fichier de données complémentaires « Dataset S02 (XLSX) » de l’article : Barbieri, Chiara ; Blasi, Damián E. ; Arango-Isaza, Epifanía ; Sotiropoulos, Alexandros G. ; Hammarström, Harald ; Wichmann, Søren ; Greenhill, Simon J. (2022). A global analysis of matches and mismatches between human genetic and linguistic histories. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 119, no 47, e2122084119. DOI: 10.1073/pnas.2122084119.

[6] Scott, E., Halees, A., Itan, Y. et al. Characterization of Greater Middle Eastern genetic variation for enhanced disease gene discovery. Nat Genet 48, 1071–1076 (2016). https://doi.org/10.1038/ng.3592. Supplementary Figure 6: Heat map of pairwise FST values among all 1000 Genomes Project and GME populations identifies three clusters with a low degree of differentiation..

[7] (en) Nicholas G. Crawford, « smogd: software for the measurement of genetic diversity », Molecular Ecology Resources, vol. 10, n^o 3,‎ 2010, p. 556–557 (PMID 21565057, DOI 10.1111/j.1755-0998.2009.02801.x)

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