Co-évolution des Nématodes parasites et de leurs hôtes Caméléons ? : exemple des Rhabdias pulmonaires (Rhabdiasidae)

par Nathaly Lhermitte-Vallarino

Thèse de doctorat en Parasitologie, herpétologie

Sous la direction de Odile Bain et de Ivan Ineich.

Soutenue en 2009

à Paris, Muséum national d'histoire naturelle , dans le cadre de École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris) .

Le président du jury était Marie-Claude Durette-Desset.

Le jury était composé de Odile Bain, Ivan Ineich, Yuryi Kuzmin, Maurizio Casiraghi.

Les rapporteurs étaient Jacques Cabaret, Jean Mariaux.

mots clés

• Nématodes parasites -- Afrique
• Nématodes parasites -- Madagascar (île)
• Chamaeleonidae -- Madagascar (île)
• Chamaeleonidae -- Afrique

Résumé

Les Rhabdias (Rhabdiasidae) constituent un groupe parasitaire primitif de Nématodes (clade IV) caractérisé par la persistance d’une phase libre adulte hétérogonique qui produit des larves infectantes, toutes de sexe femelle. Chez l’hôte, ces larves atteignent les poumons et deviennent des adultes qui pondent des larves de stade 1, expulsées à l’extérieur par la voie digestive. Le spectre d’hôtes est limité aux Vertébrés terrestres à sang froid, Lissamphibia et quelques groupes d'Ophidia et Sauria (Squamata) ; l’aire de répartition comprend l’ensemble des régions tropicales et tempérées. L’étude est centrée sur les Rhabdias de Chamaeleonidae, avec les deux questions principales suivantes: 1. Quelle est l’ampleur de la diversité spécifique? 2. Le groupe monophylétique des Chamaeleonidae a-t-il une seule acquisition historique de Rhabdias, suivie d’une évolution uniquement au sein de cette famille? Matériel et méthodes. Les matériels proviennent de collectes de terrain, de saisies douanières et des collections du MNHN. Les régions géographiques concernées sont principalement des "hotspots"de biodiversité: chaîne volcanique du Cameroun (Projet Biodiversité: Iles Forestières Africaines; ANR), Burundi, Tanzanie et Madagascar ; des matériels du Sénégal et du Togo sont aussi examinés. Les analyses ont été morphologiques, biologiques (coprocultures pour obtenir la phase libre du cycle ; examen du contenu des ovaires et oviductes des femelles parasites) et moléculaires (séquençage des gènes coxI, 12S ADNr et 28S ADNr). Les données acquises et leurs analyses. 1. En 2004, pour plus de 150 espèces de Chamaeleonidae, deux espèces de Rhabdias étaient décrites, respectivement en 1916 et 1961 : R. Chamaeleonis en Afrique de l’Est et R. Gemellipara à Madagascar. Actuellement, douze espèces supplémentaires ont été décrites, cinq en Afrique de l’Est, trois au Cameroun, et cinq à Madagascar. Il est montré qu’une des espèces est parthénogénétique alors que chez les autres, une zone particulière des ovaires, située à 250-1200 μm de l’apex, produit des spermatozoïdes durant tout le stade adulte mais de façon intermittente et non synchrone pour les deux ovaires. Les hôtes sont les Caméléons du genre Trioceros et les Caméléons nains des genres Rhampholeon et Rieppeleon, en Afrique équatoriale, les Calumma et le genre primitif Brookesia à Madagascar. Aucun Rhabdias n'est à présent connu chez Chamaeleo spp. , qui vit dans des régions moins humides, peu favorable à la survie des larves infectantes. Les caractères morphologiques diagnostics se révèlent nombreux, papilles sensorielles de la tête, bouche, capsule buccale (sa taille varie à peine durant la croissance de l’adulte), oesophage, vésicule cuticulaire du corps, etc. Les analyses moléculaires, réalisées sur quatre espèces africaines et une malgache, confirment les identifications morphologiques. On constate ainsi que (i) le même Rhabdias peut être hébergé par deux espèces sympatriques de Caméléons; (ii) une espèce de Caméléon peut être parasitée par deux espèces congénères de Rhabdias; (iii) quatre espèces semblent être vicariantes deux à deux entre le Burundi et le Cameroun et deux perforent les poumons; (iv) un cas d’espèce cryptique est discuté. 2. Une clé d’identification des Rhabdias de Chamaeleonidae est établie. 3. Aux deux espèces parasites d’Anoures qui étaient connues en région éthiopienne, trois parasites de Bufonidae et Arthroleptidae sont ajoutés pour l’Afrique, et un de Mantellidae pour Madagascar. Ces espèces se distinguent des parasites des Chamaeleonidae par les petits diamètres de leur bouche et de la capsule buccale et, en outre, par la larve infectante: extrémité caudale pointue et simple (état plésiomorphe) ou arrondie et avec petites perles chez les Chamaeleonidae (état dérivé). 4. Une analyse cladistique est faite avec 15 espèces de Rhabdias d’Ophidiens, Anoures et Chamaeleonidae et trois autres Rhabdiasidae, Pneumonema, Chabirenia et Entomelas, un Strongyloides étant l’extra-groupe; les Rhabdias de Chamaeleonidae sont groupés. Les analyses moléculaires donnent des résultats plus complexes, avec une ou deux espèces parasites de Chamaeleonidae placées parmi des parasites d’Anoures

Titre traduit

Co-evolution of Nematode parasites and the chameleon hosts ? : example of the pulmonary Rhabdias (Rhabdiasidae)

Résumé

Rhabdias (Rhabdiasidae) are a primitive parasitic group of nematodes (clade IV) characterized with the persistency of a free-living adult heterogonic phase which produces infective larvae. In the host, these larvae develop into female morphotypes which reach lungs and lay first stage larvae, eventually expulsed in faeces. The host-range is limited to coldblooded terrestrial vertebrates, Lissamphibia and a few groups of Ophidia and Sauria (Squamata) ; the distribution area comprises tropical and temperate regions. The study focusses on the Rhabdias from Chamaeleonidae, with two main questions: 1. How important is the specific diversity? 2. Did the present species derive from a unique historical acquisition of Rhabdias in the monophyletic group of Chamaeleonidae and an evolution inside this host family? Material and methods. Material were recovered during missions, or sized by customs or taken from the MNHN collections. They originated mainly from "hot-spots" of biodiversity: the Vulcanic Chain of Cameroon (Project ANR Biodiversity: Iles Forestières Africaines), Burundi, Tanzania and Madagascar ; material from Senegal and Togo were also examined. Morphological and biological (coprocultures for obtaining the free-living phases ; examination of the ovary and oviduct of parasitic females to determien the mode of reproduction) were performed, as well as molecular analyses (sequencing of coxI, 12S rDNA and 28S rDNA genes). Results. 1. In 2004, for more than 150 species of Chamaeleonidae, two species of Rhabdias were reported, in 1916 and 1961 respectively : R. Chamaeleonis from east Africa and R. Gemellipara from Madagascar. At this date, twelve more species have been described, five in east Africa, three in Cameroon, and five in Madagascar. It is shown that one species is parthenognetic whereas in the others, a particular area in the ovaries, 250- 1200 μm from apex, produces spermatozoa during the adult phase, intermittently and not synchroneously in both ovaries. Rhabdias are found in Trioceros, the leaf chameleons Rhampholeon and Rieppeleon, from equatorial Africa, in Calumma and the primitive Brookesia from Madagascar. Rhabdias is not known in Chamaeleo spp. , which live in less humid regions, not propicious to infective larvae survival. Morphological diagnostic characters appear numerous, head papillae, mouth, buccal capsule (its size varies very little during adult growth), oesophagus, cuticular body vesicle, etc. The molecular analyses, made with four African and one Malagasy species confirm the morphological identifications. It is noted that (i) a given Rhabdias species may infect two sympatric species of chameleons; (ii) a specimen host may shelter two Rhabdias species; (iii) two pairs of vicariant species are suggested between Burundi and Cameroun, one preforating the lung wall; (iv) a case of cryptic species is discussed. 2. A key of identification of Rhabdias from Chamaeleonidae is presented. 3. Three species from Bufonidae and Arthroleptidae are described in Africa, and one from Mantellidae in Madagascar, elevating to five the number of species presently known from anurans in Ethiopian region. These species are distinct from those parasitic in chameleons with the small diameter of the mouth and buccal capsule, and also by the infective larva: their caudal extremity is pointed and simple (plesiomorphic character) whereas it is rounded and ornated with buds in the Chamaeleonidae (derived character). 4. A cladistic analysis is made which includes 15 Rhabdias species from ophidians, anourans and Chamaeleonidae and three rhabdiasid genera, Pneumonema, Chabirenia and Entomelas, with a Strongyloides species as out-group; the Rhabdias from Chamaeleonidae are grouped. The molecular analyses give more complex results, with one or two species from Chamaeleonidae situated among the parasites from anurans.