Analyse temporelle de la diversité en régime autogame ˸ approches théorique et empirique

Temporal analysis of diversity and selfing using˸ theoretical and empirical approaches

• Auteur / Autrice : Margaux Jullien
• Direction : Joëlle Ronfort, Laurène Gay, Miguel Navascués
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 14/05/2019
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes/UMR AGAP Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Agnès Mignot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joëlle Ronfort, Laurène Gay, Miguel Navascués, Agnès Mignot, Frédérique Viard, Denis Roze, Jérôme Enjalbert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédérique Viard, Denis Roze

Mots clés

Mots clés libres

Diversité génétique

Autofécondation

Système de reproduction

Medicago truncatula

Suivi temporel

Genetic diversity

Selfing

Mating system

Medicago truncatula

Temporal survey

Résumé

La diversité génétique des populations est affectée à la fois par les processus démographiques (taille de population et migration) et par le système de reproduction. Chez les plantes, de nombreuses espèces sont préférentiellement autogames et se reproduisent presque exclusivement par autofécondation. Les attendus théoriques prédisent que l’autogamie va réduire drastiquement la diversité génétique et la taille efficace des populations. Les données empiriques confirment ces prédictions mais montrent une variabilité des niveaux de diversité génétique plus importante chez les autogames que chez les allogames. Par ailleurs, les populations autogames présentent une organisation spécifique avec quelques génotypes multilocus répétés et plusieurs génotypes uniques. Ce travail de thèse vise à mieux comprendre le fonctionnement des populations autogames et à développer des attendus pour différents scénarios démographiques afin de pouvoir inférer les processus en jeu dans des populations naturelles. Dans un premier temps, je montre que malgré un régime autogame, Medicago truncatula réalise régulièrement de l’allofécondation à des taux variables au cours de la saison de floraison et entre génotypes. Ensuite, j’utilise une approche de simulations pour définir des attendus sur la diversité multilocus dans des scénarios démographiques contrastés. Pour finir, je développe un cadre d’inférence permettant de considérer à la fois l’autofécondation, la taille démographique et la migration, et je l’applique à des données temporelles sur des populations de M. truncatula. Mes analyses montrent que l’organisation en génotypes multilocus caractéristique des populations autogames peut être générée par des processus démographiques neutres et que les indices de diversité multilocus sont informatifs pour différencier les effets de la taille de population, de la migration et d’évènements d’extinction-recolonisation. De plus, j’ai mis en évidence des dynamiques de métapopulation importantes dans les populations de M. truncatula, qui sont fortement influencées par la migration, parfois très importante.

Genetic diversity of natural populations is affected by both demographic processes (population size and migration), and mating system. A large number of plant species reproduce almost exclusively through selfing. Theoretical expectations predict that selfing will drastically decrease genetic diversity and the effective size of populations. Empirical data confirm those expectations but show a higher variability of diversity levels in selfing compared to outcrossing species. Moreover, selfing populations are characterized by a few repeated multilocus genotypes and several unique genotypes. The purpose of this PhD thesis is to better understand the dynamics of selfing populations and to provide expectations under various demographic scenarios in order to infer the processes at play in natural populations. First, I show that despite a selfing regime, Medicago truncatula regularly outcrosses at different rates over the flowering season and between genotypes. I then use a simulation approach to provide multilocus diversity expectations under contrasted demographic scenarios. Finally, I develop an inference method taking into account selfing, population size and migration, and apply it on temporal data from M. truncatula natural populations. My analyses show that neutral demographic processes can result in the organization in repeated multilocus genotypes typical of selfing populations and that multilocus diversity indices are informative to distinguish the effects of population size, migration and extinction-recolonization events. Moreover, I show the prevalence of metapopulation dynamics in M. truncatula natural populations, with a strong influence of (sometimes strong) migration.