Développement de nouveaux modèles éco-évolutifs pour évaluer les impacts démographiques des flux de gènes assistés dans le contexte des changements climatiques

Development of new eco-evolutionary models to evaluate the demographic impacts of assisted gene flow strategies in the context of climate change

• Auteur / Autrice : Adèle Erlichman
• Direction : Ophélie Ronce
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'évolution et de la Biodiversité
• Date : Soutenance le 22/04/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Lion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Janneke Hille Ris Lambers, Jean-Baptiste Mihoub, Sarah P. Otto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Oddou Muratorio, Bruno Colas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Démographie

Flux génique

Mots clés libres

Évolution assistée

Flux de gènes

Démographie

Cycle de vie complexe

Adaptation

Ipm

Assisted evolution

Gene flow

Population dynamics

Complex life cycle

Adaptation

Ipm

Résumé

La biodiversité est confrontée à une crise d’extinction sans précédent en raison de pressions anthropiques, telles que le changement climatique. La lenteur des processus évolutifs spontanés, par rapport à la rapidité des changements environnementaux, suscite de grandes inquiétudes quant à la persistance de nombreuses espèces. En réponse à ces menaces, les flux de gènes assistés sont présentés comme la translocation gérée d’individus au sein de leur aire de répartition historique. Ces pratiques ont pour but d’introduire ou d’augmenter la fréquence de génotypes susceptibles de conférer un avantage dans des conditions climatiques nouvelles ou futures, ainsi que d’accroître la variation génétique dans les populations ciblées, dans l’espoir de stimuler la démographie et, en augmentant la variation génétique sur laquelle la sélection peut agir, la capacité à s’adapter à un environnement changeant. Les risques associés aux flux de gènes assistés peuvent inclure l’introduction de pathogènes, la dépression hybride, l’envahissement génétique ou encore l’augmentation de la maladaptation. Il existe un besoin urgent de lignes directrices et d’études des stratégies optimales et des incertitudes associées à ces pratiques. Nous développons des modèles démo-évolutifs pour aider à identifier les paramètres critiques et les sources d’incertitude lors de la mise en œuvre de ces stratégies. Ces modèles peuvent aider à orienter les pratiques de flux de gènes assistés et alimenter les débats sur la pertinence de leur utilisation. Nous montrons tout d’abord, à l’aide d’un modèle structuré en stade, l’importance de la prise en compte du cycle de vie des espèces ciblées, car le choix optimal des individus à transférer chez les espèces à longue durée de vie confrontées à un climat changeant dépend d’un compromis entre une bonne adaptation au début et à la fin de la vie. Nous proposons également une nouvelle méthode pour intégrer l’évolution dans un modèle de projection intégrale (IPM) et montrons comment seule une petite gamme de diversité génétique introduite pour des traits adaptatifs permettrait à une plante rare et menacée, Centaurea corymbosa, d’échapper à l’extinction dans un climat qui se réchauffe. Enfin, nous montrons à l’aide d’un modèle analytique que si des allèles bénéfiques sont introduits entre des populations génétiquement distinctes ou des espèces étroitement apparentées, de petites introductions précoces de matériel génétique non local minimisent l’envahissement du génome de la population locale et maximisent la probabilité de sauvetage de petites populations en déclin.

Biodiversity is facing an unprecedented extinction crisis due to anthropogenic pressures, such as climate change. There is growing concern about the slow spontaneous pace of evolutionary processes relative to the high speed of environmental changes. Assisted gene flow has been introduced as the managed translocation of individuals within the historical range of a species. Its purpose is to introduce or increase the frequency of genotypes expected to confer an advantage under new or future climatic conditions, but also to increase genetic variation in targeted pop- ulations, in the hope that it can stimulate demography through heterosis and, by increasing the genetic variation on which selection can act on, the ability to adapt to a changing environment. Risks associated with assisted gene flow can include pathogen introduction, outbreeding depres- sion, genomic swamping, and increased maladaptation. There is, therefore, a strong need for guidelines and information on the optimal strategies and uncertainty associated with these prac- tices. Using both analytical predictions and simulations, we have developed demo-evolutionary models to to help identify critical parameters and sources of uncertainty when implementing these strategies. These models can help guiding assisted gene flow strategies and inform debates on the relevance of their use and optimal implementation. We first show how important taking into account the life cycle of targeted species is, as the optimal choice of individuals to translocate in long-lived species facing a changing climate is subject to a trade-off between being well adapted at the beginning and end of life. We also propose a new method for integrating evo- lution into an integral projection model (IPM) and show how only a small range of introduced genetic diversity for adaptive traits would allow a rare and endangered monocarpic perennial plant, Centaurea corymbosa, to escape extinction in a warming climate. Lastly, we show with an analytical model that if beneficial alleles are introgressed through managed gene flow between genetically distinct populations or closely related species, small and early introductions of non local genetic material minimize swamping of the local population’ genome and maximize the probability of rescue in small declining populations.