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Geographic Population Structure Alan R. Rogers April 22, 2015 1 / 22 Drift Inflates Variance among Populations 2 / 22 Variance among groups increases across generations (Buri 1956) 3 / 22 Gene flow (migration) reduces population differences 0 1 p 4Nm = 0: No gene flow . . 0 1 p 0 100 200 300 Generation 4Nm = 20: strong gene flow . . 4 / 22 PC map of European genetic distances Mormon US England Denmark Germany Sweden Finland Norway Iceland France Italy Spain Switzerland Poland Netherlands Genetic differences resemble geographic differences (McLellan et al 1984) 5 / 22 Genetic and geographic distance Genetic Distance 0 3000 Europe . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 9000 N America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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Genetic Distance 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Geographic Distance (km) World . . . . . . .. . . .. . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . × × × × × × ×× × × × × × × × × × × × ×× × × × × × × × × × ×××× × × × × × × × × × ×× × × × × × × × × ×× × × × × ×× × × × ×× × × × × ×× × × × × ×× × × × ◦◦ ◦◦ ◦◦ ◦◦ ◦◦ ◦◦ ◦◦ ◦◦ . × Australia and Pacific; , Americas. 6 / 22

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Geographic Population Structure

Alan R. Rogers

April 22, 2015

1 / 22

Drift Inflates Variance among Populations

2 / 22

Variance among groups increases across generations (Buri1956)

3 / 22

Gene flow (migration) reduces population differences

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1

p

4Nm = 0: No gene flow

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0 100 200 300Generation

4Nm = 20: strong gene flow

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PC map of European genetic distances

Mormon

US

EnglandDenmark

Germany

SwedenFinlandNorway

Iceland

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S America

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GeneticDistance

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× Australia and Pacific; ◦, Americas.

6 / 22

Long shared segments ⇒ recent common ancestry

7 / 22

Study of Ralph and Coop (2013)

Tracing shared segments througha hypothetical genealogy.

Long segments ⇒ recentancestry.

8 / 22

Ancestry spreads out in space

Green: geographic spread ofancestry of left point.

Orang: geographic spread ofancestry of right point.

Gray: common ancestors of leftpoint and right.

9 / 22

Italians

Top: number of blocks shared withFrench-speaking Swiss.

Bimodal: some Italians share a lot of blocks withSwiss. Others only a few.

Bottom: number shared with UK

10 / 22

Sharing with French-speaking Swiss and UK

Each dot an individual. Color shows country oforigin.

Those who share ancestry with Swiss alsoshare ancestry with UK.

Presumably reflects immigration fromancestors of Swiss and British.

11 / 22

British

Top: number of blocks shared with Irish.

Bottom: number shared with Germans.

12 / 22

Sharing with Irish and Germans

Each dot an individual. Pink, Germans; Green,British; Blue, Irish.

Brits with lots of German ancestry have littleIrish ancestry.

British population is a mixture of Celts andGermans.

If we focused on shorter IBD blocks, we’d bestudying a different time scale, and the patternmight be different.

13 / 22

Geographic decay of recent relatedness

Size of circle shows mean number of long ID blocks shared withlabeled population.

14 / 22

Geographic decay of recent relatedness

Genetic similarity versus geographic distance. Small dots are pairsof individuals. E, Eastern Europe; W, Western Europe; N, Northern

Europe; I, Italy & Iberia; TC, Turkey & Cyprus. (Ralph & Coop 2013)

15 / 22

Fine-scale genetic structure of the British population

Leslie et al (2015)

2049 people from rural areas, whose 4 grandparents were bornwithin 80 miles of each other.

Use LD across genome in addition to variation at individual loci.

16 / 22

Genetic map ofBritain

Colors indicategenetically similargroups.

17 / 22

Leslie-ancestryProfiles.png

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