Origine, adaptation et évolution de Plasmodium falciparum dans un nouvel environnement : L’analyse d’une espèce invasive.

Origin, Adaptation and Evolution of Plasmodium falciparum in a new environment : The analyse of an invasive species

• Auteur / Autrice : Erhan Yalcindag
• Direction : Franck Prugnolle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution, Ecologie, Ressources Génétiques, Paléontologie
• Date : Soutenance le 08/12/2011
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MIVEGEC - IRD 224 - Maladies Infectieuses et Vecteurs: Ecologie, Génétique, Evolution et contrôle - MIVEGEC
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Prugnolle, Carlo Severini, Emmanuel Douzery, François Renaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tatiana Giraud, André Théron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes envahissantes

Plasmodium falciparum

Mots clés libres

Plasmodium falciparum

Espèce invasive

Origine

Adaptation

Sélection positive

Trasmission espece-hôte

Plasmodium falciparum

Invasive species

Origin

Adaptation

Positif selection

Species-host trasmission

Résumé

Résumé : La biologie évolutive permet de comprendre et de retracer l'origine des espèces ou des populations, de comprendre leurs dispersions dans différentes zones et d'analyser les différentiations résultant de ces évolutions. L'invasion biologique et les espèces envahissantes en général sont de bons modèles pour étudier et comprendre l'adaptation à de nouveaux environnements. Plasmodium falciparum, un protozoaire parasite agent du paludisme, a envahit de nouvelles populations hôtes et de nouvelles espèces de vecteurs à plusieurs reprises. Notre objectif était d'étudier (i) l'introduction, l'origine et la distribution de P. falciparum dans des environnements radicalement différents : dans une nouvelle aire géographique tout d'abord (en Amérique du Sud) puis dans une nouvelle espèce hôte (chez les primates) et (ii) de déterminer les gènes potentiellement impliqués dans l'adaptation à ces nouveaux environnements. Ces questions ont été abordées à travers différentes approches réunissant des analyses de génétique des populations, de phylogéographie ainsi que des analyses phylogénétiques. Les résultats obtenus démontrent pour la première fois que, P. falciparum a été introduit par l'homme au moins à deux reprises en Amérique du Sud à partir de l'Afrique. Cette thèse a aussi permis de démontrer pour la première fois que ce parasite circule naturellement chez les primates non-humains. L'analyse des patrons de sélection sur des gènes candidats jouant un rôle dans l'invasion des hématies par le parasite a été réalisée afin de déterminer si des évolutions adaptatives particulières avaient opérées sur ces gènes dans ces nouveaux environnements. L'ensemble de nos résultats démontrent que P. falciparum peut être considéré comme une espèce envahissante et que ce parasite n'est en fait pas spécifique à l'homme. L'ensemble de notre travail nous a permis d'avancer dans la connaissance de ce modèle biologique en termes de stratégie d'émergence ou de réémergence dans différents environnements. Nos résultats soulignent les changements qui ont opéré dans la distribution géographique et l'émergence du spectre d'hôte utilisé par P. falciparum au cours de son histoire évolutive passée et présente ce qui peut laisser craindre d'autres évolutions à l'avenir.Mots clés : Invasion biologique, espèce invasive, parasite, origine, adaptation, sélection, maladies émergente, Plasmodium falciparum, Amérique du Sud, génétique des populations, phylogéographie, marqueurs moléculaires, singes.

Abstract: The evolutionary biology allows to understand and to trace the origin of species or populations, to understand their dispersions in different areas and analyse the resulting differentiation of these developments. The biological invasion and invasive species, in general, are good models to study and understand the adaptation to new environments. Plasmodium falciparum, a protozoan parasite, agent of the malaria, invades a new host and new vector species at several times. The objective of this thesis was to analyse (i) introduction, origin and distribution of P. falciparum in radically different environments; first, a new geographical area (South America); second, a new host species (in primates); and (ii) identify genes potentially involved in adaptation to new environments. I addressed these questions using different approaches, including population genetics, phylogeographic analyses, and also phylogenetic analyses. The results demonstrate for the first time, P. falciparum has been introduced by humans at least twice in South America from Africa. This thesis has also demonstrated for the first time that this parasite circulates naturally in nonhuman primates. The analysis of the patterns of the selection on candidate genes play a role in the invasion of erythrocytes by the parasite was performed to determine if adaptive evolutions were occur on these specific genes in these new environments. Overall, our results demonstrate that P. falciparum can be considered an invasive species and that parasite is not specific to humans. All of our work allowed us to advance in the knowledge of the biological model in terms of strategy emergence or reemergence in different environments. Our results highlight the changes that have taken place in the geographical distribution and the emergence of host range used by P. falciparum during its evolutionary history, past and present which may raise concerns of other developments in the future. Keywords : Biological invasion, invasive species, parasite, origin, adaptation, selection, emerging infectious diseases, Plasmodium falciparum, South America, population genetics, phylogeography, molecular markers, apes.