Evolution du fardeau génétique et des traits liés à la reproduction au cours d'une invasion biologique

Evolution of the genetic load and of reproductive traits during a biological invasion

• Auteur / Autrice : Guillaume Laugier
• Direction : Arnaud Estoup, Benoit Facon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution, Ecologie, Ressources Génétiques, Paléontologie
• Date : Soutenance le 12/12/2013
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Biologie et de Gestion des Populations - UMR CBGP (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Estoup, Sandrine Maurice, Patricia Gibert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Guillemaud, Ruth Hufbauer

Mots clés

Mots clés libres

Evolution

Fardeau génétique

Goulot d'étranglement

Invasions biologiques

Purge génétique

Traits d'histoire de vie

Biological invasions

Bottleneck

Evolution

Genetica Load

Genetic purging

Life-History traits

Résumé

Cette thèse porte un regard évolutif sur les invasions biologiques qui sont une menace écologique, économique et sanitaire grandissante.Qu'ils en soient la cause ou la conséquence, les invasions sont en effet le théâtre de changements évolutifs rapides et importants.Ces changements peuvent être liés à une différence de pression de sélection entre l'aire d'origine et l'aire envahie, mais peuvent aussi être initiés par des évènements démo-génétiques comme un goulot d'étranglement démographique ou l'admixture (hybridation intra-spécifique) entre populations génétiquement différentes.Les changements évolutifs concernent aussi bien des traits d'histoire de vie liés à la reproduction que le fardeau génétique et la dépression de consanguinité.La forte dérive génétique qui peut se produire au cours d'un goulot d'étranglement peut conduire à la purge ou la fixation rapide d'allèles délétères responsables du fardeau génétique.Les trais de reproduction peuvent eux aussi influencer directement l'issue d'une invasion, au travers du taux d'accroissement démographique de la population.Ils peuvent aussi avoir un effet indirect sur le succès d'introduction en modifiant l'intensité des effets des évènements démo-génétiques.Au cours de cette thèse, j'ai étudié l'évolution du fardeau génétique et de traits de reproduction au cours d'une invasion biologique grâce à (i) une série d'expériences sur l'espèce envahissante modèle Harmonia axyridis (la coccinelle asiatique) et à (ii) un modèle théorique de dynamique de la fréquence d'un allèle délétère dans une population subissant un goulot d'étranglement.Mes résultats montrent que les populations envahissantes ont des traits de reproduction plus performants que celles de l'aire native.En particulier, les femelles envahissantes présentent une fécondité plus élevée et fécondent leurs œufs avec le sperme d'un plus grand nombre de mâles.Il n'existe pas, chez cette espèce, de mécanisme évident d'évitement de la consanguinité, bien que les populations de l'aire native souffrent de dépression de consanguinité contrairement à celles de l'aire envahie.La dépression de consanguinité peut évoluer très vite chez cette espèce en cas de fort goulot d'étranglement.Dans les conditions expérimentales, les allèles délétères étaient parfois purgés, mais ont souvent été fixés dans la population au cours d'un goulot.Enfin, le modèle théorique a montré que les probabilités de perte ou de fixation d'un allèle délétère récessif peuvent toutes deux augmenter rapidement par dérive au cours d'un goulot d'étranglement d'intensité modérée.Ces résultats soulignent l'importance du hasard sur le succès d'une invasion biologique.Puisque la probabilité d'émergence de combinaisons génomiques favorables à l'invasion augmente avec le nombre d'introduction, limiter le nombre d'évènements d'introduction peut s'avérer déterminant pour prévenir de futures invasions biologiques.

This thesis provides some evolutionary insights on biological invasions, which represent a growing threat on ecology, economy and public health.Biological invasions are a place of rapid and important evolutionary changes that can be the cause or the consequence of invasion success.These changes can be caused by differences in selective pressures between the native and the invaded area.They can also be due to demo-genetic events such as demographic bottlenecks and admixture (emph{i.e.} intra-specific hybridisation) between genetically distinct populations.Evolutionary changes affect life-history traits (including reproductive traits) as well as the genetic load and inbreeding depression.Genetic drift can be strong during a bottleneck and can induce the rapid purging or fixation of deleterious alleles responsible for the genetic load.Reproductive traits can also influence the fate of an invasion by changing the demographic growth rate.Moreover, they can have an indirect impact on the success of introduction by altering the intensity of demo-genetic events.Throughout this thesis, I studied the evolution of the genetic load and of reproductive traits by the mean of (i) laboratory experiments using the invasive Harlequin ladybird Harmonia axyridis as a model species and (ii) through the study of a theoretical model of the dynamics of allele frequencies during a bottleneck.My results show that invasive populations have better reproductive traits than those from the native area.Particularily, invasive females display an increased fecundity and fertilize their eggs with the sperm of a higher number of males.In this species, there is no obvious mechanism of inbreeding avoidance, even though native populations suffer to inbreeding depression contrarily to invasive ones.Inbreeding depression can evolve quickly in this species if the population goes through a severe bottleneck.In my experiments, deleterious alleles were often fixed in the population during the bottleneck, but were sometimes purged.Finally, the theoretical model studied described show that the probability of complete loss or fixation of a deleterious recessive allele can both increase by drift during a bottleneck.These results highlight the importance of chance on the success of a biological invasion.Because the probability of emergence of genomic combinations that can favour an invasion increases with the number of introduction events, limiting the number of introduction events might be an efficient way to prevent or minimise upcoming biological invasions.