Evolution expérimentale aux limites de l'extinction : le cas de Pseudomonas fluorescens soumis aux stress

Experimental evolution nearby extinction : the case of Pseudomonas fluorescens under stress conditions

• Auteur / Autrice : Johan Ramsayer
• Direction : Michael Hochberg
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution, Ecologie, Ressources Génétiques, Paléontologie
• Date : Soutenance le 19/12/2012
• 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 : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michael Hochberg, Martijn Egas, Olivier Tenaillon, Doyle Mc Key
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martijn Egas, Olivier Tenaillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance aux antibiotiques

Chaînes alimentaires

Extinction biologique

Effets du stress

Pseudomonas fluorescens

Mots clés libres

Sauvetage évolutif

Stress

Pseudomonas fluorescens

Resistance aux antibiotiques

Evolutionary rescue

Stress

Pseudomonas fluorescens

Resistance to antibiotics

Résumé

Évolution expérimentale aux limites de l'extinction : Le cas de Pseudomonas fluorescens soumise au stress. Les stress environnementaux : ces perturbations d'origine biotiques ou abiotiques des conditions de vie qui ont un impact sur les populations par l'altération des capacités de reproduction et/ou de survie des organismes, peuvent parfois mener une espèce à l'extinction si celle-ci n'est pas en mesure de s'adapter suffisamment rapidement. Avec l'augmentation de l'impact des activités humaines, le taux d'extinction des espèces est aujourd'hui estimé être de plusieurs ordres de grandeur au dessus du taux d'extinction basal. Il est donc important de comprendre les facteurs écologiques et évolutifs, à l'échelle de l'espèce comme de la communauté, qui déterminent la survie ou l'extinction d'une espèce soumise à un stress sévère.Au cours de cette thèse, nous utiliserons les outils de l'évolution expérimentale avec la bactérie Pseudomonas fluorescens soumise à un stress antibiotique, ainsi que des outils théoriques, pour étudier les facteurs déterminants les conditions d'un sauvetage évolutif : événement d'évolution rapide d'une population en situation d'effondrement démographique sous l'effet d'un stress létal. Nous étudierons aussi le rôle d'un stress plus modérés : une carence en ressource, sur deux aspects de la structure des communautés liés à la stabilité de ces dernières face aux perturbations environnementales : La topologie d'un réseau trophique bactérie-phage, ainsi que la distribution des tailles de populations, décrite par la loi de Taylor, pour des populations bactériennes en mono-culture ou en compétition sur un gradient de ressource. Nos travaux ont permis de mieux comprendre le sauvetage évolutif, en montrant notamment le rôle déterminant de la taille des populations et de leur diversité génétique initiale dans la capacité d'adaptation à un stress létal. Mais aussi en proposant une meilleure description des dynamiques de populations typiques de cette situation. Nous avons aussi montré la capacité d'une limitation des ressources à altérer la structure des réseaux trophiques et ainsi leur stabilité face aux perturbations.

Experimental Evolution at the Edge of Extinction, The Case of Pseudomonas fluorescens in Stressful Environments.Environmental stresses : the biotic or abiotic perturbations of life conditions which have an impact on populations through impaired organism's ability to survive and/or reproduce, can sometimes result in species extinction if rapid evolutionary adaptation doesn't occur. With the increasing impact of human activities, the rate of species extinction is now estimated to be several orders of magnitudes above the background rate. It is therefore crucial to understand the ecological and evolutionary factors, at species and community levels, which determine the survival or extinction of species exposed to severe stresses. All along this thesis, we will use experimental evolution tools with the bacterium Pseudomonas fluorescens exposed to antibiotic stress, as well as theoretical tools, to study the factors driving evolutionary rescue : the rapid evolutionary adaptation occurring in populations experiencing demographic collapse under a lethal stress. Then we will study how a moderate stress (low resource availability) drives different aspects of communities structure related to their stability against environmental perturbations : The topology of a bacteria-bacteriophage trophic network, and the distribution of population sizes along a resource gradient, described by Taylor's law, for bacterial populations either in mono-culture or in competition. Our results led to a better understanding of evolutionary rescues. In particular, we show the crucial role of initial population size and genetic diversity in the ability to evolve adaptation to an initially lethal stress. And we refined the description of populations dynamics in such cases. We show also how resource limitation can disturb trophic network structure, resulting in a lower stability against environmental perturbations.