On the evolutionary dynamics of Adineta vaga (Bdelloidea)

Résumé

Les rotifères bdelloïdes sont connus pour leur diversification et persistence durant plusieurs millions d’années en absence de méiose, ce qui conduit John Maynard Smith à les qualifier de « scandales de l’évolution ». En effet, cela semble aller à l’encontre de la tendance générale qu’ont les espèces animales à se reproduire de manière sexuée. Bien que les bdelloïdes n’échangent pas de matériel génétique via une reproduction sexuée conventionnelle, de nombreuses preuves s’accumulent quant à leur capacité à intégrer des gènes d’origines non-métazoaires via transferts horizontaux. Ces transferts ont été corrélés à l’aptitude qu’ont les rotifères bdelloïdes à tolérer la dessiccation, et ce, à n’importe quel stade de leur cycle de vie. Lors de la dessiccation, l’ADN est fragmenté par de multiples cassures double-brins qui sont ensuite réparées lors de la réhydratation. De plus, les individus desséchés ont tendance à se regrouper et semblent facilement dispersés par le vent sur de grandes distances géographiques. Pour comprendre les conséquences de l’asexualité et de la dessiccation sur l’évolution des rotifères bdelloïdes, j’ai lors de cette thèse essayé de répondre à plusieurs questions concernant les dynamiques génétiques et écologiques d’Adineta vaga, espèce pour laquelle un génome de référence est disponible. Premièrement, en développant de nouveaux marqueurs génétiques, j’ai détecté pour la première fois des échanges génétiques entre individus de l’espèce Adineta échantillonnés dans la nature. J’ai observé des cas de transferts d’ADN ne pouvant s’expliquer que par des recombinaisons entre individus appartenant à une même espèce. Ces espèces ont été délimitées selon différentes approches basées sur de la phylogénie ou le partage d’allèles (haplowebs et matrices de conspécificité). De plus, j’ai pu détecter des incongruences dans l’assignation de certains individus à une espèce en fonction des différents marqueurs, ceci suggérant des transferts d’ADN entre espèces. Ces résultats furent publiés dans la revue Current Biology et sont présentés dans le premier chapitre de cette thèse. Un groupe de recherches de l’Imperial College de Londres ayant remis en doute ces résultats, j’ai discuté en plus amples détails ces critiques dans le chapitre 2. J’ai également mis au point une nouvelle expérience visant à valider ces observations et dont les résultats sont présentés dans le troisième chapitre. Deuxièmement, j’ai investigué plus en profondeur les possibles mécanismes expliquant les cas d’échanges génétiques observés en réalisant une analyse génomique des régions (<10kb) bordant les marqueurs génétiques utilisés précédemment. Ceci a permis de révéler différentes signatures de transferts d’ADN, de conversion génique et d’évolution asexuée, démontrant la nature très dynamique du génome des rotifères bdelloïdes comme indiqué dans le chapitre 1. Troisièmement, un modèle écologique simple basé sur différents paramètres (dispersion, reproduction, survie, interactions inter-espèces et conditions environnementales), combiné à des données quantitatives collectées sur le terrain, a été utilisé pour comprendre la dynamique spatio-temporelle des communautés d’Adineta spp. (chapitre 4). En général, le modèle collait bien aux données empiriques, démontrant que la dispersion est le facteur le plus important pour expliquer la structure des communautés de rotifères bdelloïdes. Les individus sont dispersés passivement sur de longues distances, mais la fréquence à laquelle ils immigrent dans un patch donné est corrélé à la distance géographique, c’est-à-dire qu’il y a plus de dispersion entre des communautés locaisées dans des régions proches. De plus, il apparaît que les différentes espèces d’Adineta ont des préférences distinctes en matière d’habitat. Les saisons semblent aussi jouer un rôle dans la dynamique des communautés de rotifères : la colonisation de nouveaux habitats et l’expansion des populations étant plus fortes du printemps à l’automne, alors que des bottlenecks important ont lieux en hiver. Pour finir, notre échantillonnage concentré sur Namur a permis de révéler la dominance d’une espèce d’Adineta dans cette région, alors qu’elle a été retrouvée mais en moins grande abondance dans d’autres coins de Belgique. La distribution d’Adineta à travers la Belgique est présentée dans le chapitre cinq (annexe). Durant cette thèse, j’ai développé et appliqué de nouvelles méthodes visant à étudier les dynamiques évolutives et écologiques du genre Adineta, de l’échelle du génome à celle des communautés. Au final, mes résultats et données publiées suggèrent qu’en dépit de leur asexualité, l’évolution des rotifères bdelloïdes comprend la diversification du génome via réarrangement des chromosomes et transferts d’ADN ; l’homogénéisation du génome lors d’événement de conversion génique ; la diversification des communautés par la dispersion passive et la spécialisation à l’habitat. La dessiccation pourrait jouer un rôle important dans ces différents processus, ce qui renforcerait son potentiel impact sur l’évolution des bdelloïdes. Cependant, des études supplémentaires permettant de quantifier les conséquences exactes de la dessiccation aux différents niveaux (des gènes aux communautés) seront nécessaires pour résoudre le mystère de ces « scandales de l’évolution ».

la date de réponse	4 mai 2018
langue originale	Anglais
L'institution diplômante	Universite de Namur
Sponsors	Fund for Research Training in Industry and Agriculture (FRIA) & ARC (Actions de recherche concentrées)
Superviseur	Karine Van Doninck (Promoteur), Jean-Francois Flot (Copromoteur), Frederik De Laender (Président), Diego FONTANETO (Jury) & Yannis Michalakis (Jury)