Spéciation et évolution des génomes organellaire chez des lignées de Silene nutans (Caryophyllaceae)

Speciation and organellar genome evolution in lineages of Silene nutans (Caryophyllaceae)

• Auteur / Autrice : Zoé Postel
• Direction : Pascal Touzet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des organismes, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Evolution, Ecologie et Paléontologie (Evo-Eco-Paléo)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Vekemans
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabienne Van Rossum, Jacqui Shykoff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Karrenberg, Alexander Papadopulos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique

Organites végétaux

Génétique des populations

Espèces (biologie) -- Isolement

Évolution

Populations

Silene

Plantes -- Spéciation

Mots clés libres

Génomes organellaires

Incompatibilités cytonucléaires

Isolement reproducteur

Speciation

Organellar genomes

Cytonuclear interactions

Population genomics

Bioinformatic

Résumé

Via l'émergence de barrières à la reproduction qui isolent les populations les unes des autres, la spéciation est le processus qui conduit à la formation de nouvelles espèces. Par ailleurs, les génomes organellaires peuvent être impliqués dans ce processus, par le biais d'incompatibilités cytonucléaires. Leur mode de transmission peut également influencer l'évolution de l'isolement reproducteur (IR) entre populations. Dans ce travail de thèse, j'ai travaillé sur l'influence des génomes organellaires sur l'évolution de l'isolement reproducteur entre quatres lignées de Silene nutans et ai tenté de reconstruire le scénario évo-démographique qui a façonné leur évolution. Dans un premier temps, via l'utilisation de données génomiques et transcriptomiques, nous avons tenté d'identifier des candidats d'incompatibilités chloro-nucléaires impliquées dans l'IR entre ces lignées. Nous avons ensuite approfondi l'analyse d'un complexe candidat: le ribosome chloroplastique. Par ailleurs, l'IR semble être incomplet entre ces lignées puisque certains hybrides ont survécu. Nous avons donc testé une transmission paternelle du génome chloroplastique chez cette espèce, qui pourrait avoir sauvé certains de ces hybrides. Nous avons génotypé les hybrides survivants pour six SNP chloroplastiques et déterminé s'ils avaient hérité du génome chloroplastique paternel ou maternel. En permettant la transmission d'un génome chloroplastique moins incompatible, la fuite paternelle semble bien avoir sauvé certains de ces hybrides. Les génomes mitochondriaux pourraient également être impliqués dans l'IR, par le biais d'incompatibilités mito-nucléaires. Du fait de leur co-transmission, les génomes organellaires sont supposés être en déséquilibre de liaison étroit, présentant ainsi des schémas évolutifs similaires. Nous les avons comparés en utilisant les données génomiques des deux génomes organellaires, pour des individus des quatre lignées. Ces schémas évolutifs se sont révélés particulièrement contrastés, les gènes mitochondriaux présentant du polymorphisme partagé à l'inverse des gènes chloroplastiques contenant des substitutions fixées différemment entre lignées. Des événements de type recombinaison ont également été identifiés dans les gènes mitochondriaux. Enfin, nous avons reconstruit l'histoire évo-démographique des quatre lignées de S. nutans, en utilisant les données RNAseq et des méthodes ABC. Un scénario de spéciation allopatrique a été identifiée entre les quatre lignées, avec des temps de séparation cohérent avec les maximums glaciaires.

Speciation is the process by which the emergence of reproductive barriers isolate populations from one another and ultimately lead to the formation of new species. How these reproductive barriers emerge is a core question when thinking of speciation. Organellar genomes might be involved in the speciation process, through cytonuclear incompatibilities. Their mode of transmission might also influence the pace of reproductive isolation evolution. In my PhD, I worked on how organellar genomes influence the evolution of reproductive isolation between isolated lineages of S. nutans and which evo-demographic scenario shaped their evolution. Using plastid genomic and nuclear transcriptomic data we tried, in the first chapter, to identify candidates for plastid-nuclear incompatibilities involved in RI between lineages of S. nutans. We further dug into one plastid candidate complexe, the plastid ribosome. Because RI seems to be incomplete between lineages of S. nutans as some inter-lineage hybrids survived, we tested for paternal leakage of the plastid genome. We genotyped the surviving hybrids for plastid SNPs and analyzed whether they inherited the paternal or maternal plastid genomes. By allowing the transmission of the less incompatible plastid genome, paternal leakage rescued some of the inter-lineage hybrids. The mitochondrial genome could also be involved in the RI, through mito-nuclear incompatibilities. Because of their co-transmission, organellar genomes are supposed to be in tight linkage-disequilibrium, so exhibiting similar evolutionary patterns. Using genomic data for both organellar genomes for individuals of the four lineages we compared their evolutionary patterns. They were different with mitochondrial genes exhibiting many shared polymorphisms while plastid genomes many fixed substitutions between lineages. Recombination-like events were also identified in the mitochondrial genes. Lastly, we reconstructed the evo-demographic histories of the four lineages of S. nutans, using RNAseq data and ABC methods. Allopatric speciation was identified between the four lineages, with split times consistent with the glacial maxima.