Structure génétique spatiale, flux de gènes et tailles efficaces des populations chez l'Agrion de Mercure (Coenagrion mercuriale, Zygoptera)

Spatial genetic structure, patterns of gene flow and effective population size in the southern damselfly (coenagrion mercuriale, zygoptera)

• Auteur / Autrice : Agathe Lévêque
• Direction : Jean-François Arnaud, Anne Duputié
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des organismes, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 02/07/2024
• 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 : Pierre Saumitou-Laprade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabienne Van Rossum, Frédéric Austerlitz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thomas Broquet, Christoph Haag

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie du paysage

Conservation des ressources (biologie)

Flux génique

Variabilité génétique

Génomique

Génétique des populations

Génétique

Populations

Coenagrionidés

Mots clés libres

Génétique des populations

Génomique des populations

Biologie de la conservation

Ecologie du paysage

Agrion de Mercure

Population genetics

Population genomics

Conservation genetics

Landscape ecology

Résumé

Dans le contexte actuel de changements environnementaux, l'étude de l'évolution de la structure génétique neutre et adaptative des populations soumises à des pressions anthropiques croissantes, telles que l'agriculture intensive, l'urbanisation et la construction d'infrastructure, gagne en importance et en popularité pour des raisons à la fois appliquées, en biologie de la conservation, mais aussi fondamentales. En effet, ces zones soumises à des pressions anthropiques peuvent être le théâtre d'évolutions très rapides. L'objet de ce travail de thèse est d'étudier à fine et large échelle spatiale la structure génétique et génomique de populations d'Agrion de Mercure (Coenagrion mercuriale), espèce protégée par la Directive Habitat et essentiellement tributaire de la topographie des cours d'eau. Ce travail se place dans le contexte directement appliqué de l'étude de l'impact de la construction de l'autoroute A355 de contournement de Strasbourg, et des restaurations de cours d'eau réalisées dans le cadre de mesures compensatoires. Ces travaux de thèse ont permis de générer pour la première fois chez l'agrion de mercure des données génomiques avec le développement de nouveaux marqueurs SNPs en utilisant une approche hybride de représentation réduite du génome (ddRADseq) et une approche d'enrichissement ciblé (SPET). L'utilisation conjointe de ces SNPs et d'un jeu de marqueurs microsatellites a permis d'estimer les niveaux de diversité génétique intra-population, les tailles efficaces de population, ainsi que les niveaux de différenciation génétique entre populations dans deux régions d'étude contrastées : l'une située dans les Hauts-de-France en limite d'aire de répartition géographique de l'espèce et l'autre plus centrale dans l'aire de distribution et localisée en Alsace. Ainsi, les populations échantillonnées en Alsace présentent des niveaux de diversité génétique élevés et des niveaux de différenciation génétique faibles au regard des populations présentes dans les Hauts-de-France. En outre, au sein de la région entourant Strasbourg, nous avons pu observer la présence de plusieurs zones de dispersion facilitée ou restreinte par rapport à un modèle nul d'isolement par la distance, avec notamment un effet négatif de l'Eurométropole de Strasbourg sur les niveaux de diversité génétique et l'intensité des flux de gènes entre populations. Par ailleurs, les estimations de tailles efficaces de populations réalisées dans la région Strasbourgeoise ont aussi mis en évidence un effet négatif de l'agglomération urbaine de Strasbourg ainsi que des dynamiques de populations pouvant s'apparenter à des systèmes sources/puits. Enfin, l'autoroute A355 ne semble a priori pas représenter un effet barrière majeur à la dispersion des individus, et les mesures compensatoires de restaurations d'habitats semblent être un succès en termes de dynamique de recolonisation des cours d'eau par l'Agrion de Mercure.

Accelerating human-mediated modifications of natural habitats is a common feature of the Anthropocene and involves intensive agriculture, urbanisation and infrastructure construction. The study of the evolution of the neutral and adaptive genetic structure of populations subject to increasing anthropogenic pressures is therefore gaining in importance and popularity for reasons that are both applied, in conservation biology, but also fundamental because human-made areas may involve very fast neutral or adaptive evolution. The aim of this thesis was to study, over fine and large spatial scales, the population genetic and genomic structure in the southern damselfly (Coenagrion mercuriale), a species protected by the Habitat Directive and essentially dependent on the topography of watercourses of high quality. This work was carried out in the directly applied context of studying the impact of the construction of the A355 motorway, bypassing the city of Strasbourg, and the restoration of watercourses as part of compensatory measures. We generated for the first time large genomic data in the southern damselfly by developing new SNP markers using a hybrid approach combining reduced genome representation (ddRADseq) and a targeted enrichment approach (SPET). Using these newly developed SNPs and a set of microsatellite loci, we estimated the levels of intra-population genetic diversity, the effective population sizes and the levels of genetic differentiation among populations located in two contrasting study areas: one located in the “Hauts-de-France” region at the limit of the geographical species distribution, the second study area being more central and located in the Alsace region. Populations sampled in Alsace showed high levels of genetic diversity and low levels of genetic differentiation compared with what can be observed in populations located in the “Hauts-de-France” region. Moreover, we depicted in the direct vicinity of Strasbourg the occurrence of several areas either characterized by a facilitated or a restricted dispersal compared with a null model of isolation by distance. Besides, we observed a clear negative effect of the Strasbourg Eurometropolis on the levels of genetic diversity and on the extent of gene flow events among populations. In addition, estimates of effective population sizes in the Strasbourg region also suggested a negative effect of the Strasbourg urban area, as well as population dynamics that may mirror a source/sink dynamic of local populations. Finally, the A355 freeway did not appear to represent a major barrier to southern damselfly individual dispersal, and the compensatory habitat restoration measures can be considered as successful in terms of suitable recolonization of waterways by the southern damselfly.