Érosion génétique dans les populations d'amphibiens anoures : impact sur la fitness et le potentiel adaptatif

Genetic erosion in anuran amphibian populations : impact on fitness and adaptive potential

• Auteur / Autrice : Émilien Luquet
• Direction : Sandrine Plénet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie
• Date : Soutenance le 28/01/2011
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Écologie, des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés
• Jury : Président / Présidente : Dominique Allainé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Plénet, Claude Miaud, David Lesbarrères, Yvonne Willy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Josh Van Buskirk, Gentile-Francesco Ficetola

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rainette verte

Génétique des populations

Mots clés libres

Érosion génétique

Fragmentation des habitats

Consanguinité

Dérive

Heterosis

Valeur sélective

Couts

Variation environnementale

Genetic erosion

Habitat fragmentation

Inbreeding

Drift

Heteros

Résumé

Les réductions d'effectifs et l'isolement des populations peuvent être à l'origine d'une érosion de la variabilité génétique du fait des processus de consanguinité et de dérive. L'érosion génétique des populations est de plus en plus fréquente, particulièrement sous l'effet d'une fragmentation des habitats par les activités anthropiques. Elle est aujourd'hui reconnue comme une menace majeure pour la persistance des petites populations isolées. En effet, l'érosion génétique peut modifier la valeur sélective moyenne des populations et leur capacité à s'adapter et à évoluer en réponse aux fluctuations environnementales. Cependant, comprendre dans quelle mesure l'érosion génétique affecte la valeur sélective des populations et de manière ultime leur persistance peut se révéler complexe. En fonction des processus sous-jacents, les conséquences de l'érosion génétique peuvent s'observer au sein et/ou entre les populations, sur le court et/ou le long terme, et varier fortement selon les phases du cycle de vie et les conditions environnementales considérées. L'objectif de cette thèse a été de déterminer, de manière empirique, les conséquences de l'érosion génétique sur la valeur sélective et le potentiel adaptatif, à l'échelle individuelle et populationnelle, dans des populations naturelles d'amphibiens anoures (particulièrement de rainette arboricole Hyla arborea), en intégrant le cycle de vie et les variations de l'environnement. Les résultats principaux sont : 1) les petites populations isolées choisies sont érodées génétiquement et présentent des valeurs sélectives réduites par rapport aux populations connectées, suite à la fixation d'allèles délétères par la dérive plutôt que par dépression de consanguinité. 2) les effets délétères du fardeau de dérive s'expriment particulièrement au cours de la phase larvaire et sont modérés voire absents dans les stades précoces et adultes. 3) les réponses adaptatives des individus des petites populations isolées soumis à un risque de prédation par Aeshna sp. (plasticité phénotypique) ou d'infection par B. dendrobatidis (canalisation) sont maintenues mais sont à l'origine de couts pour la valeur sélective plus importants. Ceci suggère que l'érosion génétique peut modifier les patrons de canalisation et de plasticité phénotypique, et limiter les capacités des individus à s'adapter aux variations environnementales. Ce travail de thèse met en évidence la nécessité d'une approche plus intégrative afin de mieux comprendre dans les populations naturelles comment les variations génétiques et environnementales gouvernent, par l'intermédiaire des forces évolutives telles que la sélection et la dérive, la valeur sélective moyenne des populations et leur probabilité d'extinction

The reduction of population size and isolation of populations lead to erosion of genetic variability by inbreeding and drift. Genetic erosion of natural populations is increasing, mainly because of habitat fragmentation by human activities. It is currently recognized as a major threat for the persistence of small isolated populations. Indeed, genetic erosion may affect the mean fitness of these populations and their ability to adapt and to evolve in response to environmental fluctuations. However, understanding in what extent genetic erosion affect the population fitness and ultimately their persistence may be complex. Depending on the underlying processes, the consequences of genetic erosion can take place within and/or among populations, on the short and/or the long term, and can strongly vary throughout the life-history stages and the environmental conditions. The main aim of this thesis has been to determine empirically the genetic erosion consequences on fitness and adaptive potential, at the individual and populational level, in wild anuran amphibian populations (especially European tree frog Hyla arborea), considering the life-history stages and the environmental variations. The main results are: 1) The small isolated populations chosen for this thesis are genetically eroded and exhibit a reduced mean fitness relatively to connected populations, because of deleterious allele fixation rather than inbreeding depression. 2) The detrimental effects of drift load are observed during the larval phase and are absent in the early and the adult phases. 3) The adaptive responses of individuals from small isolated populations to predation risk by Aeshna sp. (phenotypic plasticity) or infection risk by B. dendrobatidis (canalization) are maintained, but lead to higher fitness costs. This suggested that genetic erosion can change the canalization and the phenotypic plasticity patterns, and can limit the abilities of individuals to adapt to environmental fluctuations. This thesis emphasizes the need for more integrative approaches to understand how the genetic and environmental variations drive, through evolutionary forces such as selection and drift, the mean fitness of natural populations and their extinction probability