Spéciation hybride et adaptation chez les papillons alpins du genre Coenonympha

Hybrid speciation and adaptation in alpine butterflies of the genus Coenonympha

• Auteur / Autrice : Paul Doniol-valcroze
• Direction : Mathieu Joron, Anne-Genevieve Bagneres-urbany
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : EERGP-Biologie et Ecologie Evolutives
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 09/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEFE - Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive
• Jury : Président / Présidente : Carole Smadja
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe THéBAUD, Marianne Elias, Benoît Nabholz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe THéBAUD, Marianne Elias

Mots clés

Mots clés libres

Spéciation

Adaptation

Hybridation

Speciation

Adaptation

Hybridization

Résumé

L’immense richesse du vivant a toujours suscité une grande fascination mais également une soif de compréhension des mécanismes qui régissent l’évolution de la biodiversité. La spéciation est le processus évolutif fondamental à l'origine de la biodiversité et a donc largement été étudié à différentes échelles et pour de nombreux modèles différents. Malgré cela de nombreuses questions brulantes demeurent, notamment sur le rôle de l’hybridation et de l’introgression dans la spéciation. L’analyse de l’histoire évolutive de clades dont la diversification est liée à ces mécanismes est donc fondamental dans notre compréhension de leur rôle et leur impact dans la spéciation. Dans ce but, mes travaux de thèse s’intéressent à un complexe d’espèce de Satyrinae du genre Coenonympha. Ce groupe de quatre espèces présente une histoire évolutive originale du fait de l’importance de l’hybridation et notamment de la spéciation hybride homoploïde dans sa mise en place. Au travers de plusieurs types d’approches mes travaux de thèse tentent de décrire et d’expliquer les mécanismes à l’origine de la mise en place de ce complexe d’espèces. Nos résultats suggèrent l’importance de la divergence des profils chimiques et donc de la communication chimique dans le maintien de barrières prézygotiques fortes entre une des espèces parentes, C. arcania, et les autres espèces du complexe. Parallèlement, notre analyse des mécanismes d’isolement reproducteur (IR) entre l’autre espèce parente (C. gardetta) et une des espèces hybrides (C. cephalidarwiniana) suggère l’importance d’incompatibilités génétiques et donc de barrières postzygotiques. Ce mécanisme semble être particulièrement renforcé par l’existence et l’importance du large Z-effect, un mécanisme encore rarement décrit. Les deux analyses portant sur l’IR au sein du complexe soulignent le rôle de mécanismes différents dans la diversification de ce clade et notamment le rôle de la mise en place chez les espèces hybrides de combinaisons de barrières au flux de gènes héritées de leurs espèces parentes. Enfin, nous avons mis en évidence une tolérance à la chaleur plus grande des œufs des espèces de plaine par rapport à celles des œufs des espèces d’altitude. Le lien entre les distributions altitudinales des espèces et la variation de l’exposition à la chaleur le long du gradient altitudinal mis en évidence soutien l’importance de l’adaptation locale dans distribution et la mise en place du complexe. Collectivement, ces résultats démontrent l’importance de l’héritage et du tri de matériel génomique et des mécanismes d’isolement reproducteur associés à celui-ci dans la spéciation et notamment dans la spéciation hybride. Ils démontrent également la potentielle complémentarité des processus d’adaptation locale liés à la sélection et de divergence non-adaptative dans le processus de spéciation.

The outstanding richness of living organisms has always prompted great fascination, but also a desire for understanding the mechanisms that govern the evolution of biodiversity. Speciation is the fundamental evolutionary process at the origin of biodiversity and has therefore been extensively studied at different scales and for many different models. Despite this, many topical issues remain, notably about the role of hybridisation and introgression in speciation. Analysing the evolutionary history of clades whose diversification is linked to these mechanisms is therefore fundamental to our understanding of their role and impact on speciation. To this end, my thesis work focuses on a species complex of Satyrinae species of the genus Coenonympha. This group of four species presents an original evolutionary history due to the importance of hybridisation and, in particular, homoploid hybrid speciation in its development. Using several different approaches, my thesis attempts to describe and explain the mechanisms behind the establishment of this species complex. Our results suggest the importance of divergent chemical profiles and therefore of chemical communication in maintaining strong prezygotic barriers between one of the parent species, C. arcania, and the other species in the complex. In parallel, our analysis of the mechanisms of reproductive isolation (RI) between the other parental species (C. gardetta) and one of the hybrid species (C. cephalidarwiniana) suggests the importance of genetic incompatibilities and therefore of postzygotic barriers. This mechanism seems to be particularly reinforced by the existence and importance of the large Z-effect, a mechanism that has as yet been rarely described. The two analyses of RI within the complex highlight the role of different mechanisms in the diversification of this clade, and in particular the role of the establishment in hybrid species of combinations of barriers to gene flow inherited from their parental species. Finally, we found that the eggs of lowland species were more tolerant to heat than those of high-altitude species. The link between the altitudinal distributions of the species and the variation in exposure to heat along the altitudinal gradient highlighted supports the importance of local adaptation in the distribution and the establishment of the complex. Collectively, these results demonstrate the importance of the inheritance and sorting of genomic material and the reproductive isolation mechanisms associated with it in speciation and particularly in hybrid speciation. They also demonstrate the potential complementarity of local adaptation processes linked to selection and non-adaptive divergence in the speciation process.