Biologie évolutive d'une espèce envahissante, la coccinelle asiatique Harmonia axyridis

Evolutionary biology of an invasive species, the Asian ladybird Harmonia axyridis

• Auteur / Autrice : Eric Lombaert
• Direction : Arnaud Estoup, Thomas Guillemaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution, écologie, ressources génétiques, paléontologie
• Date : Soutenance le 24/11/2011
• 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 : CBGP - Centre de Biologie et de Gestion des Populations - Centre de Biologie pour la Gestion des Populations - UMR CBGP (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Jacques David
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Estoup, Thomas Guillemaud, Jacques David, Carole Kerdelhué, Alain Roques
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Kenis, Xavier Vekemans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coccinelles

Génétique quantitative

Génétique des populations

Invasions biologiques

Mots clés libres

Routes d'invasion

Génétique des populations

Biologie de l'invasion

Evolution post-introduction

Scénario « tête de pont »

Génétique quantitative

Invasion routes

Population genetics

Invasion biology

Post-introduction evolution

Bridgehead scenario

Quantitative genetics

Résumé

Les invasions biologiques constituent aujourd'hui une source d'inquiétude du fait de leur nette augmentation et des conséquences écologiques, économiques et sanitaires dont elles sont à l'origine. Pour qu'une population devienne envahissante, il faut (i) qu'elle soit introduite, (ii) qu'elle s'établisse et (iii) qu'elle prolifère. Chacune de ces trois étapes constitue un défi difficile à relever, et les processus en jeu sont encore mal connus. Cette thèse décrit un ensemble de recherches visant à comprendre l'invasion mondiale particulièrement réussie de la coccinelle asiatique Harmonia axyridis. Nous avons dans un premier temps étudié l'étape d'introduction en retraçant les routes d'invasion d'H. axyridis à l'aide de marqueurs microsatellites et de la méthode ABC (Approximate Bayesian Computation). Nous avons montré que la population envahissante la plus ancienne dans le nord-est américain avait été la tête de pont de l'invasion mondiale en devenant la source des foyers européen, sud-américain et africain. En Europe, on constate également une hybridation avec une souche de lutte biologique. Dans un deuxième temps, nous avons exploré l'étape d'établissement de l'espèce. Nous avons montré que les populations envahissantes d'H. axyridis avaient subi une purge génétique réduisant considérablement les effets associés à la dépression de consanguinité. Par ailleurs, l'événement d'hybridation en Europe apporte des avantages phénotypiques probables à cette population envahissante. Nous avons ensuite étudié plusieurs aspects de l'étape de prolifération. Nous avons montré que les populations européennes avaient évolué vers de plus fortes capacités de dispersion sur le front d'invasion. Par ailleurs, nos résultats montrent que la commercialisation en France d'une souche non-volante de lutte biologique a pu avoir des conséquences positives sur l'expansion de la population envahissante par des phénomènes d'hétérosis ou d'augmentation de variance génétique. Enfin, nous discutons de l'importance d'étudier de manière approfondie une espèce modèle telle qu'H. axyridis pour améliorer nos connaissances générales sur les mécanismes éco-évolutifs impliqués lors des invasions biologiques.

Biological invasions are a concern because of their increase and their environmental, economic and human health consequences. To become invasive, a population must (i) be introduced, (ii) established itself and (iii) proliferates. Each of these three steps constitutes a challenge, and the processes involved are still poorly understood. This thesis describes a set of research actions which aims at understanding the worldwide successful invasion of the Asian ladybird Harmonia axyridis.We first investigated the introduction step by retracing invasion routes of H. axyridis using microsatellite markers and the ABC (Approximate Bayesian Computation) method. We have shown that the oldest invasive population in the eastern North America acted as a bridgehead of the worldwide invasion by becoming the source of the European, the South American and the African outbreaks. We also found evidence for a genetic admixture event in Europe with a biological control strain.Second, we explored the establishment step. We have shown that invasive populations of H. axyridis endured a genetic purge which significantly reduced adverse effects associated with inbreeding depression. In addition, the admixture event in Europe likely brought phenotypic benefits to this invasive population.We then studied several aspects of the proliferation step. We found that European populations had evolved towards higher dispersal abilities on the invasion front. Moreover, our results show that the use of a flightless biocontrol strain which is still sold in France may have a positive impact on the expansion of the invasive population through heterosis or increased of genetic variance.Finally, we discuss the importance of studying in detail a model species such as H. axyridis to improve our general understanding of the eco-evolutionary mechanisms involved in biological invasions.