Bases génomiques et mécanismes évolutifs d'un cas récurrent de spéciation écologique chez la drosophile

Genomic basis and evolutionary mechanisms of a recurrent case of ecological speciation in Drosophila

• Auteur / Autrice : Erina Ava Ferreira
• Direction : Amir Yassin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Évolution
• Date : Soutenance le 09/12/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Évolution, génomes, comportement et écologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) - Institut de systématique, évolution, biodiversité (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Tatiana Giraud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Gibert, Mathieu Joron, Delphine Legrand, Vincent Debat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patricia Gibert, Mathieu Joron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métagénomique

Phylogéographie

Adaptation (biologie)

Espèces (biologie)

Évolution (biologie)

Mots clés libres

Spéciation

Adaptation

Evolution

Génomique des populations

Phylogéographie

Speciation

Adaptation

Genetics

Population genomics

Phylogeography

Résumé

Le changement de plante hôte est une source majeure de diversification chez les insectes. Cependant, les mécanismes sous-jacents à ce phénomène sont encore assez méconnus, faute de modèle adéquat. Chez la drosophile, l'organisme le plus étudié en génétique, deux espèces africaines (Drosophila sechellia et Drosophila yakuba mayottensis) se sont spécialisées sur les fruits toxiques d'une plante d'origine asiatique (Morinda citrifolia, noni). Cette spécialisation a eu lieu indépendamment sur plusieurs îles de l'Océan Indien : les Seychelles et Mayotte. L'objectif de ma thèse est d'identifier si les facteurs génétiques et écologiques à l'origine de la spécialisation de ces deux espèces sont les mêmes. En combinant des approches de génomique des populations et de tests comportementaux, j'ai mis en évidence des bases géniques communes, en particulier sur des gènes chimiosensoriels. Celles-ci ont évolué malgré des architectures génomiques bien distinctes, dominées par la présence de plusieurs inversions chromosomiques chez D. y. mayottensis. L'étude de la variabilité génétique et de la phylogéographie de la plante hôte soutient, au moins pour le génome nucléaire, l'hypothèse d'une expansion récente dans l'Océan Indien : il y a ~5000 ans aux Seychelles (avant la colonisation par l'homme) mais seulement au cours des 100 dernières années à Mayotte (probablement importée par l'homme). L'étude de l'adaptation comportementale et physiologique aux toxines de Morinda d'autres espèces de drosophiles de ces îles révèle que les compétitions interspécifiques sont plus intenses pour D. y. mayottensis, en particulier avec l'espèce invasive Drosophila malerkotliana. Ces résultats montrent que, malgré des similarités phénotypiques et géniques, les mécanismes d'adaptation sur la même plante hôte sont bien distincts dans ce modèle premier d'interactions plante-insecte.

Host plant shift is a major source of diversification in insects. However, the mechanisms underlying this phenomenon are still relatively unknown, for lack of an adequate model. In Drosophila, the most studied organism in genetics, two African species (Drosophila sechellia and Drosophila yakuba mayottensis) have specialized on the toxic fruits of a plant of Asian origin (Morinda citrifolia, noni). This specialization took place independently on several islands in the Indian Ocean: the Seychelles and Mayotte. The objective of my thesis is to identify whether the genetic and ecological factors behind the specialization of these two species are the same. By combining population genomics and behavioral approaches, I have identified common genic bases, in particular on chemosensory genes. These have evolved despite distinct genomic architectures, dominated by the presence of several chromosomal inversions in D. y. mayottensis. The study of the genetic variability and the phylogeography of the host plant supports, at least for the nuclear genome, the hypothesis of a recent expansion in the Indian Ocean: ~5000 years ago in the Seychelles (before colonization by man) but only in the last 100 years in Mayotte (probably imported by man). The study of the behavioral and physiological adaptation to Morinda toxins of other Drosophila species from these islands reveals that interspecific competitions are more intense for D. y. mayottensis, in particular with the invasive species Drosophila malerkotliana. These results show that, despite phenotypic and genetic similarities, the adaptation mechanisms on the same host plant are quite distinct in this primary model of plant-insect interactions.