L'évolution du sexe : étude théorique s'appuyant sur des modèles de génétique quantitative et approche expérimentale utilisant le rotifère à reproduction sexuée facultative Brachionus plicatilis

The evolution of sex : theoretical study based on quantitative genetics models ad experimental approach using the facultatively sexual rotifer Brachionus plicatilis

• Auteur / Autrice : Eloïse Vanhoenacker
• Direction : Denis Roze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie évolutive
• Date : Soutenance le 13/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Evolutionary biology and ecology of algae (Roscoff, Finistère ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Porcher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Henrique Teotónio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Dillmann, Christoph Haag

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes -- Mutation

Génétique quantitative

Rotifères

Génétique de l'évolution

Mots clés libres

Évolution du sexe

Génétique quantitative

Biais mutationnel

Brachionus plicatilis

Évolution expérimentale

Stress environnemental

Evolution of sex

Quantitative genetic

Mutational bias

Brachionus plicatilis

Experimental evolution

Environmental stress

Résumé

L’objectif de cette thèse était d’étudier les bénéfices évolutifs possibles de la reproduction sexuée par une approche à la fois théorique et expérimentale. La première approche visait au développement de modèles de génétique quantitative pour l’évolution du sexe. Un premier modèle (s’appuyant sur le modèle géométrique de Fisher) considère un nombre arbitraire de traits phénotypiques sous sélection stabilisante autour d’un optimum fixe, et explore l’effet du biais mutationnel agissant sur les traits. Un deuxième modèle représente un trait phénotypique à la fois sous sélection stabilisante et directionnelle (représentée par un déplacement de l’optimum phénotypique de façon linéaire, cyclique ou stochastique). Des simulations individu-centrées ont montré qu’en l’absence de biais ou de changement environnemental, la population évolue vers l’asexualité. Cependant, avec un biais mutationnel, des taux de sexe intermédiaires peuvent évoluer même lorsque le coût du sexe est élevé. Des taux de sexe plus importants peuvent évoluer lorsque l’optimum phénotypique change dans le temps. La deuxième partie de la thèse consistait à développer un modèle expérimental pour tester les prédictions théoriques sur les éventuels avantages du sexe, en utilisant le rotifère à reproduction sexuée facultative Brachionus plicatilis. Les résultats démontrent l’existence de variabilité génétique dans l’investissement pour le sexe, entre des souches d’une même population naturelle, et celle d’effets maternels transgénérationels qui affectent le taux de sexe. Pour finir, les résultats d’une expérience d’évolution suggèrent que le sexe facilite l’adaptation à un environnement stressant.

This thesis aimed at investigating some of the possible evolutionary benefits of sexual reproduction using both a theoretical and an experimental approach. The first approach consisted in developing evolutionary quantitative genetic models for the evolution of sex. A first model (based on Fisher’s geometrical model) considers an arbitrary number of phenotypic traits under stabilizing selection around a fixed optimum, and explores the effect of mutational bias acting on the traits. A second model represents a phenotypic trait under both stabilizing and directional selection (modeled by a linear, cyclical or stochastic change in the phenotypic optimum). Individual-based simulations showed that in the absence of mutational bias or environmental change, the population evolves towards asexuality. However, with mutational bias, intermediate rates of sex are maintained in the population even when the cost of sex is strong. Higher rates of sex evolve when the phenotypic optimum changes over time. The second part of the thesis consisted in developing an experimental model to test theoretical predictions on the possible benefits of sex, using the facultatively sexual rotifer Brachionus plicatilis. The results demonstrate genetic variation for investment in sex between strains from the same natural population, and the existence of transgenerational maternal effects affecting the rate of sex. Finally, the results from an evolution experiment suggest that sex facilitates adaptation to a stressful environment.