Gestion évolutive de la diversité intraspécifique chez la truite commune

Evolutionary management of brown trout intraspecific diversity

• Auteur / Autrice : Dorinda Folio
• Direction : Jacques Labonne, Arnaud Caudron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physio biologie
• Date : Soutenance le 28/11/2022
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ECOBIOP - Ecologie Comportementale et Biologie des Populations de Poissons - Ecologie Comportementale et Biologie des Populations de Poissons
• Jury : Président / Présidente : François Lefèvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Poulet, Lisa Jacquin, Annabel Porté
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Lefèvre, Nicolas Poulet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Truite de mer

Mots clés libres

Diversité

Gestion

Évolution

Modélisation

Evolution

Diversity

Management

Modelling

Résumé

Les patrons de diversité actuels résultent souvent d'une évolution allopatrique, menée par des processus adaptatifs ou non adaptatifs. Le mélange de pools génétiques précédemment isolés, dû à des actions anthropogéniques, mène souvent à des flux de gènes et à de l'hybridation. La gestion de la diversité intraspécifique est donc un enjeu majeur, dans la mesure où la diversité représente un mécanisme de résilience pour les populations, mais aussi car elle recèle des valeurs économiques et patrimoniales. Un exemple typique est le mélange des lignées atlantique (ATL) et méditerranéenne (MED) de la truite commune (Salmo trutta). En zone Méditerranéenne, un siècle de repeuplement intensif à partir de la lignée ATL a entraîné une introgression variable des populations MED par des gènes ATL, allant de la résilience des allèles MED à leur disparition, en passant par une hybridation complète. Les pratiques de gestion historiques visant à restaurer les populations MED n'ont pas atteint leurs objectifs de conservation car les mécanismes éco-évolutifs (MEEs) à l'origine de l'hybridation n'ont pas été pris en compte. En effet, des études empiriques ont mis en évidence deux moteurs potentiels de l'hybridation : une préférence hétérogame des femelles et une survie embryo-larvaire différentielle basée sur des interactions génotype x environnement (GxE) - impliquant le génotype maternel et la température de l'eau.Ma thèse a pour but d'étudier comment ces MEEs interagissent avec d'autres facteurs écologiques, génétiques et démographiques pour influencer l'évolution de la diversité intraspécifique, dans un cadre spatio-temporel réaliste. Pour ce faire, j'ai rassemblé toutes les connaissances disponibles, tant écologiques qu'évolutives, pour créer un modèle démo-génétique individu-centré (DG-ABM) : MEDITERRANEA. Ce DG-ABM m'a permis de considérer (i) les MEEs de l'hybridation, (ii) leurs bases génétiques, (iii) des variations de paramètres écologiques, ainsi que (iv) des pratiques de gestion. In fine, mon objectif était de répondre à une question : les mécanismes éco-évolutifs sont-ils vraiment importants pour la gestion de la diversité intraspécifique ? Pour faire simple, dans le cas présent, oui.En me basant sur de multiples cas d'étude (réels et fictifs), j'ai comparé différents scénarios, incluant ou non les MEEs, et considérant des stratégies de gestion alternatives. La préférence hétérogame influence à peine l'évolution de la diversité. A l'inverse, les interactions GxE jouent un rôle structurant dans l'évolution de la diversité. Dans les environnements froids, la mise en œuvre de ce MEE a conduit à une sélection contre les allèles ATL hérités maternellement. La force de cette sélection change principalement avec des variations de température, ce qui souligne l'importance des conditions locales. En outre, les résultats simulés sont plus proches des données empiriques lorsque les interactions GxE sont prises en compte. Enfin, la mise en œuvre des interactions GxE modifie le résultat des stratégies de gestion, ainsi que leur efficacité lorsqu'elles sont combinées à des variations de température. Par conséquent, la gestion de la diversité devrait toujours être spécifique à chaque contexte et tenir compte de ces mécanismes, ainsi que leurs facteurs écologiques sous-jacents. En effet, des connaissances sur les MEEs structurant la diversité pourraient permettre la construction de stratégies de gestion plus efficaces et inspirées par l'évolution. Le modèle MEDITERRANEA représente donc un outil innovant de soutien à la prise de décision pour les gestionnaires. Par exemple, il sera possible de répondre simultanément à plusieurs objectifs de gestion, tels que la conservation de la diversité native dans certaines zones, mais aussi la maximisation du potentiel évolutif dans son ensemble dans d'autres zones, afin de faire face aux variations environnementales futures.

Contemporary patterns of diversity are often the result of allopatric evolution driven by either adaptive or non-adaptive processes. The admixture of previously isolated gene pools, through human intervention, often leads to gene flow and hybridization. Intraspecific diversity management is therefore a major issue as diversity represents a resilience mechanism for populations, but also because it holds economic and patrimonial values. A typical example is the admixture of the Atlantic (ATL) and the Mediterranean (MED) lineages of brown trout (Salmo trutta). In the French Mediterranean area, a century of intensive stocking from ATL origins led to various outcomes of hybridization with the MED lineage, going from MED resilience to total extirpation via full hybridization. Historical management practices aimed at restoring MED populations but failed to reach conservation targets as eco-evolutionary mechanisms (EEMs) driving hybridization were not accounted for. For instance, empirical studies evidenced two potential drivers of hybridization: female heterogamous preference and genotype-by-environment (GxE) interactions on embryonic survival - involving maternal genotype and water temperature.My thesis aims at investigating how these EEMs interact with other ecological, genetic and demographic drivers to influence the evolution of intraspecific diversity, in a realistic spatiotemporal framework. To do so, I assembled all the knowledge available, both ecological and evolutionary, to create an agent-based demo-genetic modelling framework (DG-ABM): MEDITERRANEA. This DG-ABM allowed me to consider (i) the EEMs driving hybridization, (ii) their genetic bases, (iii) variations in ecological parameters, as well as (iv) management practices. In fine, my goal was to answer one question: do eco-evolutionary mechanisms matter for the management of intraspecific diversity? The short answer, in the present case, is yes.In multiple case studies (real and fictive), I compared various scenarios, including or not EEMs, and considering several alternative management strategies. Heterogamous preference barely influenced the evolution of diversity. On the contrary, GxE interactions played a central role in the evolution of diversity. In cold environments, the implementation of this EEM led to selection against maternally inherited ATL alleles. The strength of that selection mainly changed with temperature variations, highlighting the importance of local conditions. In addition, simulated results were closer to empirical data when GxE interactions were considered. Finally, the implementation of GxE interactions modified the outcome of management strategies, and their efficiency when combined with temperature variations. Consequently, diversity management should always be context-specific and account for such mechanisms, as well as, their underlying ecological factors. Indeed, knowledge about EEMs could help in building more efficient and evolutionary-inspired management strategies. The MEDITERRANEA model, hence, represents an innovative decision-making tool for managers. For instance, it will allow to simultaneously address several objectives, such as conserving native diversity in some areas and maximizing evolutionary potential as a whole in others, in order to cope with future environmental variations.