Théorie et génomique des transitions sex-asex

Theory and genomics of sex-asex transitions

• Auteur / Autrice : Anthéa De koninck
• Direction : Thomas Lenormand, Christoph Haag
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : EERGP-Biologie et Ecologie Evolutives
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• 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
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Génétique et Ecologie Evolutive (GEE)

Mots clés

Mots clés libres

Génomiqe

Génétique de populations théorique

Parthénogénèse

Genomics

Theoretical population genetics

Parthenogenesis

Résumé

Comprendre comment et à quelle fréquence des lignées asexuées émergent au sein d'espèces sexuées est essentiel pour percer les mystères des transitions sexe-asexuées au cours de l'évolution. Une meilleure compréhension de ces transitions est une étape clé pour résoudre l'énigme évolutive de la reproduction sexuée. Ces transitions sont encore mal comprises, tant sur le plan empirique que théorique. Ce projet de doctorat vise à développer cette théorie, à concevoir et appliquer de nouvelles méthodes pour analyser les génomes des organismes asexués, et à étudier ces transitions à travers le cas test du crustacé Artemia parthenogenetica. L'asexualité peut se propager « par transmission » à partir de lignées asexuées existantes vers de nouvelles lignées, via divers types de croisements, y compris une sexualité cryptique ou une transmission via des mâles occasionnellement produits par certaines lignées asexuées. En conséquence, les lignées asexuées actuelles sont souvent le résultat d'événements répétés et imbriqués d'hybridation et de rétrocroisements. Elles peuvent aussi présenter des variations de ploïdie et une recombinaison au sein des lignées asexuées. Ces schémas peuvent être encore compliqués par l'évolution à l'intérieur même des lignées asexuées, impliquant des mécanismes similaires à ceux observés dans l'évolution des chromosomes sexuels, notamment la dégénérescence, la suppression de la recombinaison et la compensation de dosage. Sur le plan empirique, les méthodes phylogénétiques classiques et les mesures standards de distances génétiques ne sont pas adaptées pour analyser des histoires évolutives impliquant des hybridations répétées et imbriquées. Ce projet vise à surmonter ces difficultés en développant de nouvelles approches pour étudier l'origine des différentes lignées asexuées d'Artemia (de petits crustacés vivant dans des environnements hypersalés). Nous étudierons les génomes d'un grand nombre de lignées asexuées, incluant tous les polyploïdes connus et leurs apparentés sexués potentiels. Les analyses préliminaires suggèrent que toutes les Artemia asexuées, qu'elles soient diploïdes ou polyploïdes, sont apparues suite à des événements successifs et imbriqués d'hybridation, impliquant des rétrocroisements avec différentes espèces sexuées. Toutes les Artemia asexuées auraient donc un ancêtre commun et porteraient probablement le(s) même(s) gène(s) responsable(s) de l'asexualité. Cependant, nous connaissons encore peu de choses sur l'impact de l'hybridation sur l'évolution des génomes de ces lignées, et les scénarios possibles restent largement hypothétiques. Sur le plan théorique, des modèles multilocus de l'évolution des génomes asexués – avec ou sans évolution de la régulation de l'expression génique – seront utilisés pour étudier les transitions sexe-asexuées. Ces modèles traiteront à la fois de la valeur sélective initiale des néo-asexués et de leur évolution ultérieure (dégénérescence, suppression de la recombinaison, compensation de dosage). Ils s'appuieront sur les récentes avancées en simulations à l'échelle des chromosomes, développées pour l'étude des chromosomes sexuels.

Understanding how and how often asexual lineages emerge within sexual species is essential to unraveling the mysteries of sex-asexual transitions during evolution. A better understanding of these transitions is a key step in solving the evolutionary puzzle of sexual reproduction. These transitions are still poorly understood, both empirically and theoretically. This PhD project aims to develop this theory, design and apply new methods for analyzing the genomes of asexual organisms, and study these transitions through the test case of the crustacean Artemia parthenogenetica. Asexuality can spread “by transmission” from existing asexual lineages to new lineages through various types of crossbreeding, including cryptic sexuality or transmission via males occasionally produced by certain asexual lineages. As a result, current asexual lineages are often the result of repeated and intertwined events of hybridization and backcrossing. They may also exhibit variations in ploidy and recombination within asexual lineages. These patterns can be further complicated by evolution within asexual lineages themselves, involving mechanisms similar to those observed in sex chromosome evolution, including degeneration, recombination suppression, and dosage compensation. Empirically speaking, classical phylogenetic methods and standard measures of genetic distance are not suited to analyzing evolutionary histories involving repeated and intertwined hybridizations. This project aims to overcome these difficulties by developing new approaches to study the origin of the different asexual lineages of Artemia (small crustaceans living in hypersaline environments). We will study the genomes of a large number of asexual lineages, including all known polyploids and their potential sexual relatives. Preliminary analyses suggest that all asexual Artemia, whether diploid or polyploid, arose as a result of successive and intertwined hybridization events involving backcrossing with different sexual species. All asexual Artemia would therefore have a common ancestor and would probably carry the same gene(s) responsible for asexuality. However, we still know little about the impact of hybridization on the evolution of the genomes of these lineages, and the possible scenarios remain largely hypothetical. Theoretically, multilocus models of asexual genome evolution—with or without changes in gene expression regulation—will be used to study sex-asexual transitions. These models will address both the initial selective value of neo-asexuals and their subsequent evolution (degeneration, recombination suppression, dosage compensation). They will draw on recent advances in chromosome-scale simulations developed for the study of sex chromosomes.