Mots-Clés
microsatellite
bioinformatique
R
Shiny
application
genetic
Description
Version française (english bersion below)
STAGE DE 2 MOIS
Développement d’une application open-source de lecture de données microsatellites sur R Shiny
Contexte du stage
Une réduction de la taille des organismes a été proposée comme troisième réponse universelle aux changements climatiques (Daufresne et al., 2009; Gardner et al., 2011) aux côtés de la modification de la distribution géographique des espèces (Parmesan, 2006) et d’une avancée de la phénologie (Charmantier et al., 2008). Contrairement aux deux dernières réponses, les patrons de réduction de la taille sont moins clairs, notamment leur nature adaptative et les mécanismes de ces changements morphologiques : issues d’effets environnementaux et/ou génétiques (Gienapp et al., 2008). La taille est un trait d’histoire de vie majeure chez la plupart des organismes et en particulier chez les mammifères où ce trait est fortement lié à la survie et au succès reproducteur des individus (Blueweiss et al., 1978). Par conséquent, déterminer les enjeux de ces variations morphologiques est crucial pour déterminer les impacts démo-évolutifs de ce type de réponse (Ozgul et al., 2010).
Les changements climatiques sont plus importants dans les milieux de haute altitude (Beniston, 2006) et les espèces hibernantes pourraient être particulièrement sensibles à ces changements au regard de l’importance de la taille corporelle pendant l’hibernation (Wells et al., 2022). Dans le contexte d’une thèse sur les réponses évolutives de la marmotte Alpine (Marmota marmota) aux changements climatiques, nous cherchons à construire le pédigrée (i.e. généalogie) génétique d’une population de marmottes suivi depuis 34 ans dans la réserve naturelle de la Grande Sassière dans les Alpes françaises. Ce pédigrée génétique permettra de préciser le pédigrée social utilisé actuellement, où les individus dominants du territoire sont considérés comme les parents des marmottons de l’année. Bien que pertinent pour cette espèce monogame sociale où seuls les dominants du territoire se reproduisent (Allainé, 2000), le pédigrée social ne permet pas de rendre compte des parentés extra-couples fréquentes chez cette espèce (Cohas et al., 2006). In fine, ce pédigrée permettra de réaliser des analyses de génétique quantitative (Lynch & Walsh, 1996) et d’étudier ainsi les dynamiques évolutives de taille corporelle chez cette population de marmotte Alpine en réponse aux changements climatiques.
Mission
Les données de 16 microsatellites des individus suivis sont disponibles depuis 1990 jusqu’en 2023. Les profils génétiques des individus ont été réalisées jusqu’en 2015 à l’aide du logiciel payant GenMapper™. L’idée de ce stage est le développement d’une application open-source permettant la détermination des profils génétiques des marmottes de notre population basés sur les sorties de séquenceur (fichier .fsa). Un premier jet de cette application a été réalisé sur avec R Shiny et est disponible sur GitHub (lien de l’application).
Cette version nécessite des ajustements qui seront du ressort de l’étudiant.e. Il sera notamment nécessaire d’automatiser la fonction de calibration permettant la conversion des données de fluorescence en longueur en mB (pour déterminer les allèles des individus à chaque données microsatellites) et d’ajouter une fonctionnalité de suppression des pics de fluorescence incorrects. Les packages utilisés seront Fragman et seqinr. Un travail bibliographique sera également nécessaire pour déterminer les algorithmes les plus pertinents pour l’aspect ‘automatisation’. Ce stage sera une belle opportunité de développer des compétences de programmation pointues, de développement d’application (très utiles pour le partage de résultats également, dans un contexte de vulgarisation scientifique par exemple) ainsi que des compétences plus générales liées à la science ouverte (open science).
Profil recherché
Nous recherchons un.e étudiant.e avec de fortes compétences de programmation sur R. Une expérience avec le package de développement d’application Shiny serait un plus, mais n’est pas obligatoire. Idéalement, nous recherchons un.e étudiant.e volontaire, avec forte une appétence pour la programmation, la reproductibilité en science (GitHub, application open-source…) et avec des bases solides en génétiques.
Ces missions conviendraient à un stage d’une durée de deux mois environ. Les profils de formation recherchés peuvent être assez larges s’ils rentrent dans les cases décrites ci-dessus, même si des étudiant.e.s en bio-informatique, école d’ingénieur, biomathématiques pourraient convenir tout particulièrement. A noter qu’aucune gratification ne sera pourvu pour le stage.
Accueil et encadrement
Le stage aura lieu au Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE) dans l’équipe d’écologie à Montpellier et sera co-encadré par le Laboratoire de Biométrie Evolutive (LBBE) de Lyon. Des réunions hebdomadaires seront organisées pour maintenir un contact avec l’étudiant stagiaire et discuter de l’avancée du projet ou d’éventuels problématiques. Des visites au LBBE seront potentiellement organisées.
Il sera encadré principalement par Pierre-Alexandre QUITTET (doctorant, CEFE) et de ses deux encadrant.e.s de thèse : Christophe BONENFANT (CR, LBBE) et Céline TEPLITSKY (CR, CEFE).
Candidature et contact
English version
2 month internship
Development of an Open-Source Application for Microsatellite Data Analysis on R Shiny
Internship Context
A reduction in organism size has been proposed as a third universal response to climate change (Daufresne et al., 2009; Gardner et al., 2011), alongside species’ geographic distribution shifts (Parmesan, 2006) and phenological changes (Charmantier et al., 2008). Unlike the latter two responses, patterns of body size reduction remain unclear, particularly regarding their adaptive nature and the mechanisms behind these morphological changes—whether they arise from environmental and/or genetic effects (Gienapp et al., 2008). Body size is a key life-history trait in most organisms, especially in mammals, where it is closely linked to survival and reproductive success (Blueweiss et al., 1978). Understanding the implications of such morphological variations is therefore crucial to assessing the demographic and evolutionary impacts of this response (Ozgul et al., 2010).
Climate change is particularly pronounced in high-altitude environments (Beniston, 2006), and hibernating species may be especially sensitive to these changes given the importance of body size during hibernation (Wells et al., 2022). As part of a PhD project on the evolutionary responses of the Alpine marmot (Marmota marmota) to climate change, we aim to establish a genetic pedigree (i.e., genealogy) for a population of marmots that has been monitored for 34 years in the Grande Sassière Nature Reserve in the French Alps. This genetic pedigree will refine the current social pedigree, which assumes that the dominant individuals in a territory are the parents of that year's offspring. While this assumption is largely valid for this socially monogamous species, where only dominant individuals reproduce (Allainé, 2000), it does not account for frequent extra-pair parentage (Cohas et al., 2006). Ultimately, this pedigree will enable quantitative genetic analyses (Lynch & Walsh, 1996) to study the evolutionary dynamics of body size in this Alpine marmot population in response to climate change.
Internship Objectives
Genetic data from 16 microsatellites have been collected for individuals in this population from 1990 to 2023. Until 2015, individual genetic profiles were determined using the proprietary software GenMapper™. The objective of this internship is to develop an open-source application that will automate the determination of marmot genetic profiles based on sequencer output files (.fsa).
A preliminary version of this application has been developed using R Shiny and is available on GitHub (link to be provided). The intern will be responsible for improving this existing application. Specific tasks include:
- Automating the calibration function to convert fluorescence data into base pair lengths (to determine individual alleles for each microsatellite marker).
- Implementing a feature to remove erroneous fluorescence peaks.
The application will use the Fragman and seqinr R packages. A literature review will also be necessary to identify the most suitable algorithms for automation.
This internship is an excellent opportunity to develop advanced programming skills, application development expertise (useful for data sharing and science communication), and experience in open science practices.
Desired Profile
We are looking for a student with strong programming skills in R. Experience with the Shiny package for application development would be a plus but is not mandatory. Ideally, the candidate should be:
- Motivated and passionate about programming.
- Interested in reproducibility in science (GitHub, open-source applications, etc.).
- Familiar with basic genetics concepts.
The internship is expected to last approximately two months. Students from various academic backgrounds may be suitable, provided they meet the criteria above. However, students in bioinformatics, engineering, or biomathematics may be particularly well-suited for this project. This internship is unpaid.
Hosting & Supervision
The internship will take place at the Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive (CEFE) in Montpellier, within the Ecology team, and will be co-supervised by the Laboratoire de Biométrie Évolutive (LBBE) in Lyon. Weekly meetings will be held to discuss the project’s progress and address any issues. Visits to LBBE may also be organized.
The intern will be primarily supervised by Pierre-Alexandre QUITTET (PhD student, CEFE) and his two PhD advisors:
- Christophe BONENFANT (Researcher, LBBE)
- Céline TEPLITSKY (Researcher, CEFE)
-
Application & Contact
To apply, please send your CV and a recommendation letter to:
Bibliography
Allainé, D. (2000). Sociality, mating system and reproductive skew in marmots: Evidence and hypotheses. Behavioural Processes, 51(1–3), 21–34. https://doi.org/10.1016/S0376-6357(00)00116-9
Beniston, M. (2006). Mountain Weather and Climate: A General Overview and a Focus on Climatic Change in the Alps. Hydrobiologia, 562(1), 3–16. https://doi.org/10.1007/s10750-005-1802-0
Blueweiss, L., Fox, H., Kudzma, V., Nakashima, D., Peters, R., & Sams, S. (1978). Relationships between body size and some life history parameters. Oecologia, 37(2), 257–272. https://doi.org/10.1007/BF00344996
Charmantier, A., McCleery, R. H., Cole, L. R., Perrins, C., Kruuk, L. E. B., & Sheldon, B. C. (2008). Adaptive Phenotypic Plasticity in Response to Climate Change in a Wild Bird Population. Science, 320(5877), 800–803. https://doi.org/10.1126/science.1157174
Cohas, A., Yoccoz, N. G., Da Silva, A., Goossens, B., & Allainé, D. (2006). Extra-pair paternity in the monogamous alpine marmot (Marmota marmota): The roles of social setting and female mate choice. Behavioral Ecology and Sociobiology, 59(5), 597–605. https://doi.org/10.1007/s00265-005-0086-8
Daufresne, M., Lengfellner, K., & Sommer, U. (2009). Global warming benefits the small in aquatic ecosystems. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(31), 12788–12793. https://doi.org/10.1073/pnas.0902080106
Gardner, J. L., Peters, A., Kearney, M. R., Joseph, L., & Heinsohn, R. (2011). Declining body size: A third universal response to warming? Trends in Ecology & Evolution, 26(6), 285–291. https://doi.org/10.1016/j.tree.2011.03.005
Gienapp, P., Teplitsky, C., Alho, J. S., Mills, J. A., & Merilä, J. (2008). Climate change and evolution: Disentangling environmental and genetic responses. Molecular Ecology, 17(1), 167–178. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2007.03413.x
Lynch, M., & Walsh, B. (1996). Genetics and Analysis of Quantitative Traits.
Ozgul, A., Childs, D. Z., Oli, M. K., Armitage, K. B., Blumstein, D. T., Olson, L. E., Tuljapurkar, S., & Coulson, T. (2010). Coupled dynamics of body mass and population growth in response to environmental change. Nature, 466(7305), 482–485. https://doi.org/10.1038/nature09210
Parmesan, C. (2006). Ecological and Evolutionary Responses to Recent Climate Change. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 37(1), 637–669. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110100
Wells, C. P., Barbier, R., Nelson, S., Kanaziz, R., & Aubry, L. M. (2022). Life history consequences of climate change in hibernating mammals: A review. Ecography, 2022(6), e06056. https://doi.org/10.1111/ecog.06056