Utilisation des marqueurs cytoplasmiques et des discordances cyto-nucléaires pour l'étude des processus évolutifs, démographiques et écologiques

Using cytoplasmic markers and cyto-nuclear discordances for the study of evolutionary, demographic and ecological processes

• Auteur / Autrice : Julien Renoult
• Direction : Finn Kjellberg
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ficus

Lézard des murailles

Marqueurs biologiques

Phylogéographie

Phylogénie

Mots clés libres

Lézard ibérique

Ficus

Discordance

Systématique

Phylogéographie

Phylogénie

Résumé

Les marqueurs cytoplasmiques sont souvent utilisés seuls pour reconstruire des patrons phylogénétiques et phylogéographiques. Les processus évolutifs, démographiques et écologiques à l'origine de ces patrons sont le plus souvent étudiés à l'aide de marqueurs nucléaires. Cependant, certains mécanismes évolutifs, comme l'hybridation introgressive, peuvent rendre l'histoire des gènes discordante de l'histoire des espèces. En outre, les conséquences génétiques des hybridations introgressives peuvent être particulièrement prononcées pour les marqueurs cytoplasmiques par rapport aux marqueurs nucléaires. Pour cette raison, la fiabilité de l'utilisation des marqueurs cytoplasmiques pour la reconstruction des patrons est débattue. Afin d'évaluer l'intérêt respectif des marqueurs cytoplasmiques pour la reconstruction des patrons et pour l'étude des processus, nous avons comparé chez le complexe d'espèces du Lézard ibérique Podarcis hispanicus les histoires évolutives inférées avec un marqueur mitochondrial et avec des marqueurs nucléaires, ainsi que chez les figuiers de la section Galoglychia, les histoires évolutives inférées avec des marqueurs chloroplastiques et avec des marqueurs nucléaires. Dans les deux exemples, nous avons révélé plusieurs cas de discordances cyto-nucléaires imputables à des évènements anciens d'hybridation introgressive. Dans le cas des lézards, une discordance est notamment causée par le remplacement complet du génome mitochondrial d'une espèce, dans une partie de son aire de distribution, par le génome mitochondrial d'une autre espèce aujourd'hui éteinte ou non décrite. Cette observation traduit des déplacements d'aires de distribution des espèces durant les oscillations climatiques du Quaternaire. Dans le cas des figuiers, la congruence entre la phylogénie chloroplastique des plantes et la phylogénie des pollinisateurs suggère que les changements d'hôtes sont la cause à la fois des discordances cyto-nucléaires chez les plantes et des incongruences entre phylogénie nucléaire des plantes et phylogénie des pollinisateurs. Ces deux cas d'études démontrent que les hybridations introgressives rendent limité l'intérêt des marqueurs cytoplasmiques pour la description précise des patrons phylogénétiques et phylogéographiques. En revanche, ces mêmes hybridations introgressives rendent les marqueurs cytoplasmiques particulièrement utiles pour l'étude des processus

Cytoplasmic markers are often used alone to reconstruct phylogenetic and phylogeographic patterns. Evolutionary, demographic and ecological processes that cause these patterns are most often investigated using nuclear markers. However, some mechanisms, like introgressive hybridization, may result in gene histories differing from species histories. Further, genetic consequences of introgressive hybridization may be particularly marked for cytoplasmic markers comparatively to nuclear markers. This is why the reliability of cytoplasmic markers as a tool for pattern reconstruction is currently debated. To evaluate the value of cytoplasmic markers for pattern reconstructions and process studies, we compared, within the species complex of Iberian Wall Lizards Podarcis hispanicus, the evolutionary history inferred from a mitochondrial marker with the history inferred from nuclear markers, and in fig species of section Galoglychia, the history inferred from chloroplast markers with the history inferred from nuclear markers. In both cases, we evidenced several cases of cyto-nuclear discordances caused by ancient events of introgressive hybridization. In the lizard example, discordance was caused by the complete replacement of the mitochondrial lineage of one species, in a large part of its distribution range, by a mitochondrial lineage belonging to another species currently extinct or not described yet. In the Ficus example, congruence between plant chloroplast phylogeny and pollinator phylogeny supports the hypothesis that host shifts are responsible of both cyto-nuclear discordance in plant phylogenies and pollinator-plant phylogenetic incongruence. Both cases demonstrate that, because of introgressive hybridization, cytoplasmic markers are of limited interest to precisely describe phylogenetic and phylogeographic patterns. However, these introgressive hybridization events make cytoplasmic markers useful to investigate processes