Academic literature on the topic 'Génomique de spéciation'

La spéciation est le processus évolutif au cours duquel une espèce se scinde en deux lignées qui divergent en accumulant des barrières reproductives, jusqu'à l’acquisition d’un isolement reproductif total. Durant ce processus, les lignées divergentes peuvent toujours s’échanger des gènes par hybridation, mais le flux génique est progressivement limité par l’accumulation des barrières. Il en résulte une semi-perméabilité des génomes, où certains locus s’échangent librement entre lignées et restent indifférenciés tandis que d’autres n’introgressent pas, contribuant ainsi à l’établissement de régions génomiques divergentes, appelées îlots génomiques de spéciation. L'étude de l’établissement, l’accumulation, l’érosion et la maintenance de ces barrières et de leurs effets sur la semiperméabilité des génomes de lignées en cours de spéciation permet de comprendre comment de nouvelles espèces se forment. L'avènement des techniques de séquençage à haut débit a permis de caractériser le paysage génomique de divergence chez de multiples lignées en cours de spéciation à travers l’arbre du vivant. Ces études ont permis de mesurer l’influence de l’histoire démographique et de l’architecture génomique comme déterminants majeurs du paysage génomique de divergence. Toutefois, d'autres facteurs pourraient intervenir et expliquer la diversité des trajectoires évolutives pouvant conduire ou non à la spéciation. Le principal objectif de cette thèse est d'évaluer l'impact des traits d'histoire de vie des espèces sur la spéciation. Nous avons choisi d’étudier 20 espèces de poissons marins subdivisées en deux lignées (Atlantique et Méditerranéenne), et présentant une large diversité de niveaux de divergence et de traits d’histoire de vie. Dans le premier chapitre, nous avons étudié les déterminants de la diversité génétique, substrat sur lequel s’établit la divergence lors de la séparation initiale des lignées. Nous avons observé que la longévité adulte des po issons marins est corrélée négativement à la diversité génétique, et nous avons démontré que cette relation pouvait s’expliquer par une plus grande variance du succès reproducteur chez les espèces longévives à cause de stratégies reproductives particulières aux poissons marins (forte mortalité juvénile, faible mortalité adulte et augmentation de la fécondité avec l’âge). Puis, dans un second chapitre, nous avons détecté une grande diversité d’histoires évolutives entre espèces, caractérisée par un fort gradient de divergence génétique entre lignées atlantiques et méditerranéennes. Ce gradient reflète en partie le niveau de semi-perméabilité des génomes. Les espèces à faible différentiation présentent un isolement reproductif faible, alors que les espèces les plus fortement différenciées montrent un isolement reproductif quasi-complet. Les traits d’histoire de vie des espèces expliquent en partie cette diversité de niveaux d’isolement via différents mécanismes. La durée de vie larvai re influence négativement la différenciation génétique en modulant les capacités de dispersion, l’effet de la taille du corps indique un effet négatif de l’abondance long-terme sur la divergence, et la longévité semble impacter le nombre de générations écoulées depuis la séparation ancestrale. En conclusion, les 20 espèces étudiées présentent une variabilité surprenante d’histoires évolutives au regard des similitudes de leur histoire biogéographique et leur architecture génomique. Les relations entre traits d’histoire de vie et histoire évolutive des espèces sont complexes, mais nous avons pu éclairer certaines d’entre elles en décomposant l’implication des traits dans les différentes étapes de la spéciation. L’application de l’approche de génomique comparative développée au cours de cette thèse dans d’autres zones de suture permettra d’étendre nos connaissances des déterminants du tempo et du mode de la spéciation
Speciation is the evolutionary process through which a species splits into two lineages that diverge and accumulate reproductive barriers, until complete reproductive isolation is achieved. During this process, the diverging lineages can still exchange genes by hybridisation, but gene flow is progressively restricted by the accumulation of barriers. This results in semi-permeable genomes, whereby some loci exchange freely between lineages and remain undifferentiated while others do not introgress, thus contributing to the establishment of divergent genomic regions, called genomic islands of speciation. The study of the establishment, accumulation, erosion and maintenance of these barriers and their effects on the semipermeability of the genomes of lineages undergoing speciation helps to understand how new species are formed. The advent of high-throughput sequencing techniques has made it possible to characterise the genomic landscape of divergence in multiple lineages undergoing speciation across the tree of life. These studies have shown the influence of the demographic history and genomic architecture as major determinants of the genomic landscape of divergence. However, other factors could intervene and explain the diversity of evolutionary trajectories that may or may not lead to speciation. The main objective of this thesis is to assess the impact of species' life history traits on speciation. We have chosen to study 20 marine fish species subdivided into two lineages (Atlantic and Mediterranean), and presenting a wide diversity of degrees of divergence and life history traits. These traits are thought to impact on the intensity of genetic drift, dispersal abilities and generation time of the species. In the first chapter, we studied the determinants of genetic diversity, the substrate on which divergence is built during the initial separation of lineages. We observed that adult longevity of marine fishes is negatively correlated w ith genetic diversity, and we demonstrated that this relationship could be explained by a greater variance in reproductive success in long-lived species due to reproductive strategies specific to marine fishes (high juvenile mortality, low adult mortality and increased fecundity with age). Then, in a second chapter, we discovered a great diversity of evolutionary histories between species, characterised by a strong gradient of genetic divergence between Atlantic and Mediterranean lineages. This gradient partly reflects the level of semi-permeability of the genomes. Species with low differentiation show low reproductive isolation, whereas the most highly differentiated species show almost complete reproductive isolation. Species' life history traits partly explain this diversity in isolation levels via different mechanisms. Larval duration negatively influences genetic differentiation by modulating dispersal capacities, the effect of body size indicates a negative effect of long-term abundance on divergence, while longevity seems to impact the number of generations elapsed since ancestral separation. In conclusion, the 20 species studied show a surprising variability of evolutionary histories considering the similarities of their biogeographic history and genomic architecture. The relationships between life-history traits and the evolutionary history of the species proved to be complex, but we were nevertheless able to shed light on some of them by decomposing the involvement of traits in the different stages of speciation. The application of the comparative genomics approach developed in this thesis to other suture zones will further extend our knowledge of the determinants of the tempo and mode of speciation

L'évolution répétée et indépendante de la différenciation phénotypique entre espèces divergentes, suggérant des pressions sélectives similaires, constitue un contexte propice à l'étude de l'architecture génomique de la spéciation parallèle. L'objectif principal de cette thèse est d'apporter des éléments de réponses concernant les bases génomiques impliquées dans la différenciation phénotypique, et leur influence sur l’évolution de la divergence entre deux complexes d'espèces apparentés, le Grand Corégone (Coregonus clupeaformis) et le Corégone Lavaret (C. lavaretus). Plus précisément, il était nécessaire d'élucider l'origine du polymorphisme de chacune des populations, le rôle de cette variation génétique, son maintient durant la divergence et la différenciation phénotypique entre paires d'espèces. Une analyse génomique a permis de réaliser des inférences démographiques historiques, mettant en évidence la contribution simultanée de processus démographiques et sélectifs qui ont façonné les paysages génomiques de différenciation entre paires d'espèces. Ensuite, une analyse transcriptomique a permis d'identifier des bases polygéniques partagées impliquées dans la différenciation phénotypique parallèle entre paires d'espèces. De plus, ces bases polygéniques indiquent une forte rétention du polymorphisme ancestral sous l’action de la sélection divergente. Finalement, un parallélisme de régions d’ADN différentiellement méthylées entre espèces a été identifié. Bien que cette méthylation repose sur des bases génomiques, ces régions différentiellement méthylées sont associées à une différenciation transcriptionnelle entre espèces des complexes d'espèces du Corégone Lavaret et du Grand Corégone. Ces travaux montrent que la sélection naturelle est contrainte par certains génotypes permettant d'acquérir un parallélisme phénotypique de façon indépendante, et agir sur du polymorphisme ancestral, notamment dans un contexte de spéciation parallèle. Enfin, cette thèse permet de lever le voile et de contribuer à la compréhension des mécanismes génomiques associés à la divergence adaptative pouvant mener à la spéciation écologique, notamment en utilisant une approche intégrative.
Repeated evolution of phenotypic differentiation between diverging species pairs provides an ideal context for the study of the genomic architecture of parallel speciation. The main objective of this thesis is to provide evidence concerning the genomic bases involved in phenotypic differentiation, and their influence on the evolutionary potential of species complexes belonging to two related lineages, the Lake Whitefish (Coregonus clupeaformis) and European Whitefish (C. lavaretus). Specificaly, it is necessary to elucidate the origin of the genetic polymorphism of each population from both whitefish lineages, and to which extend this polymorphism was involved in the genetic divergence and phenotypic differentiation between species pairs. A genome-wide analysis allowed to infer the divergence history combining the effects of historical demograhy and selective pressure that collectively shape the genomic landscape of differentiation between species pairs. Then, transcriptomic analyses revealed parallel polygenic bases involved in the phenotypic differentiation of species pairs, and such genes were enriched in shared ancestral polymorphism. Finaly, a parallel differential methylation level has been identified between species. Although this methylation is genomicaly based, these differentially methylated regions are associated with a transcriptional differentiation between the limnetic and benthic species. This work shows that selection is constrained by some genotypes which could lead to an independent parallel phenotypic aquisition, but also act on the maintainance of ancestral genetic polymorphism, particularly in a context of parallel speciation. This thesis allows to highlight and to contribute to the understanding of the genomic mechanisms generating biodiversity, notably by using an integrative approach.

Comprendre la formation des espèces constitue un enjeu majeur en biologie évolutive. Avec l'essor des techniques de séquençage, cette question peut maintenant être adressée à une échelle génomique. En particulier, l'identification des régions génomiques sous sélection positive et qui pourraient agir comme des barrières au flux de gènes revêt une importance particulière puisque ces régions pourraient être impliquées dans l'édification de l'isolement reproducteur, conduisant à terme à la spéciation. Les Zostérops des Mascareignes fournissent un système de choix pour comprendre les processus impliqués dans la spéciation. En particulier, le Zostérops gris de La Réunion, un petit passereau endémique de l'île volcanique de La Réunion dans l'archipel des Mascareignes, comporte quatre formes géographiques qui diffèrent dans la coloration de leurs plumages et présentent des distributions parapatriques au sein de l'île. Ce système est idéal pour tenter d'identifier les régions génomiques qui se différencient aux prémices de la divergence. En utilisant des marqueurs génomiques (SNP) répartis dans l'ensemble du génome pour des centaines d'individus, nous étudions tout d'abord l'histoire évolutive des différentes formes géographiques du Zostérops gris de La Réunion à l'aide d'inférences phylogénétiques. Nos résultats soutiennent fortement l'hypothèse d'une diversification intra-île, et soulignent le rôle de la forte sélection et de la faible dispersion dans la divergence. Nous utilisons ensuite des génomes complets afin d'analyser les paysages génomiques de la différenciation entre les formes géographiques du Zostérops gris de la Réunion et entre le Zostérops gris de La Réunion et d'autres espèces étroitement apparentées. Nos résultats montrent que l'incorporation de l'information des taux de recombinaison améliore la détection d'îlots de différenciation chez le Zostérops gris de La Réunion qui reflètent probablement une sélection en cours. Enfin, nous étudions les impacts d'évènements climatiques et géologiques passés sur les trajectoires évolutives de trois Zostérops des Mascareignes. Nos résultats suggèrent que les évènements locaux à l'échelle de l'île de La Réunion ou de Maurice pourraient être le principal moteur des trajectoires démographiques dans ce système. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse complètent notre compréhension de l'origine de la diversité dans les îles océaniques lointaines et au-delà
Understanding how new species arise is a longstanding question in evolutionary biology. With the recent and major progress in sequencing technologies, this question can now be addressed using genome-wide data. The identification of genomic regions under positive selection and that may act as barriers to gene flow is of particular importance as these regions might be involved in the build-up of reproductive isolation, ultimately leading to speciation. Mascarene white-eyes provide an outstanding system to unravel the processes leading to the formation of new species. In particular, the Reunion grey-white eye, a small passerine bird endemic to the small volcanic island of Reunion in the Mascarene archipelago, comprises four geographic forms that differ strikingly in their plumage colouration and are parapatrically distributed within the island. This system is ideal to try identifying the genomic regions differentiating at the onset of divergence. Using data from genome-wide Single Nucleotide Polymorphism (SNP) markers in hundreds of individuals, we first investigate the evolutionary history of the different geographic forms of the Reunion grey white-eye using phylogenetic inferences. Our results provide strong support in favour of within-island diversification, and highlight a role of both strong selection and low dispersal in driving divergence. We then use complete genome sequences to analyse genomic landscapes of differentiation between Reunion grey white-eye geographic forms and between the Reunion grey white-eye and closely related species. Our findings show that incorporating recombination rate information improves the detection of islands of differentiation in the Reunion grey white-eye that may reflect ongoing selection. Finally, we investigate the impacts of geological and climatic events on the evolutionary trajectories of three Mascarene white-eyes. Our findings suggest that local events in Mauritius or Reunion may be the main driver of demographic trajectories in this system. Overall, this thesis furthers our understanding of the origin of diversity in remote oceanic islands and beyond

La spéciation est un processus évolutif conduisant à la formation de nouvelles espèces grâce à l’établissement progressif de barrières d’isolement reproductif entre populations en cours de divergence. Comprendre de quoi sont constituées ces barrières, quelles sont les forces évolutives ayant permis leur mise en place et comment elles impactent la valeur sélective des individus hybrides sont des questions fondamentales en biologie évolutive. Cependant, répondre à ces questions en étudiant de vraies espèces qui n’interagissent plus au travers d’échanges génétiques peut s’avérer difficile, tant les barrières d’isolement reproductif sont nombreuses. C’est pourquoi nous avons choisi d’étudier dans cette thèse le bar européen (Dicentrarchus labrax), une espèce de poisson marin subdivisée en deux lignées évolutives en cours de spéciation, et représentées par les populations atlantique (bar) et méditerranéenne (loup). Afin de comprendre comment la divergence s’est établie et maintenue entre ces deux lignées au cours du temps, nous avons combiné plusieurs approches. Dans un premier temps, une étude de génomique des populations réalisée sur des individus sauvages nous a permis de préciser le contexte démographique dans lequel la divergence a eu lieu et d’identifier les mécanismes évolutifs ayant permis à la différenciation génétique de s’établir. Nous avons ainsi confirmé que les variations chromosomiques du taux de recombinaison influencent le maintien dans le génome d’allèles impliqués dans l’isolement reproductif. Les locus d’isolement occupent des régions où les niveaux de divergence nucléotidique sont particulièrement élevés. Nous avons pu relier ces excès de divergence à la présence d’allèles anciennement introgressés. En effet, des échanges génétiques semblent avoir eu lieu il y a près de 80000 ans entre la population de bar atlantique et une espèce proche, le bar moucheté (Dicentrarchus punctatus). Nos inférences montrent que ces échanges ont très probablement facilité la mise en place de l’isolement reproductif entre les deux lignées actuelles de bar européen. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les signatures d’évolution moléculaire des gènes qui participent à l’isolement reproductif. Nous avons montré que ce sont principalement des gènes sous fortes contraintes évolutives subissant de fortes pressions de sélection purificatrice. Dans un troisième temps, nous avons utilisé des croisements expérimentaux afin de déterminer s’il existe une dépression d’hybridation chez les premières générations hybrides rencontrées en nature. Nous avons ainsi pu constater que la valeur sélective d’individus issus d’une première génération de rétrocroisement n’était pas inférieure à celle de leurs parents méditerranéens. Nos résultats montrent au contraire que les allèles d’origine atlantique sont favorisés chez ces hybrides au niveau des locus d’isolement, c’est-à-dire là même où ils sont contre-sélectionnée sur le long terme. La sélection agissant sur les haplotypes atlantiques introgressés suit donc une dynamique temporelle complexe. Ainsi, cette thèse aura influencé la vision classique du processus de spéciation allopatrique, généralement assimilé à une accumulation progressive d’une divergence génétique facilitée par l’absence de flux génique. Ici, nous avons montré que des échanges génétiques anciens avec une troisième lignée ont probablement accéléré l’émergence de l’isolement reproductif entre les deux lignées de bar. De plus, nous avons montré que l’isolement reproductif ne résulte pas d’une forte contre-sélection des hybrides de premières générations, mais d’une dynamique de sélection plus complexe des fragments introgressés, dont le sens s’inverse au fil des générations. Cette thèse montre que la sélection en liaison, en interaction avec les variations locales du taux de recombinaison, joue un rôle fondamental dans la mise en place et le maintien de l’isolement reproductif
Speciation is the evolutionary process of species formation through the progressive establishment of reproductive isolation barriers between diverging populations. Understanding what kind of loci constitute these barriers, which evolutionary forces underlie their formation and how they impact the fitness of hybrids are fundamental questions in evolutionary biology. However, studying true biological species that do not interact through genetic exchanges do not help answering these questions as many reproductive isolation barriers potentially exist, making the identification of the initial barriers a difficult task. This is why we here focus our study of speciation on the European sea bass (Dicentrarchus labrax), a marine fish species subdivided into two incipient species, which are represented by the Atlantic and Mediterranean evolutionary lineages. In order to understand how divergence built up and maintained between these two lineages, we combined several complementary approaches. First, a population genomic study of wild individuals allowed us to specify the demographic context in which divergence took place and to identify the evolutionary mechanisms that allowed genetic differentiation to unfold at the genome level. We found that chromosomal variations in recombination rate have influenced the establishment of reproductive isolation. Furthermore, genomic regions involved in reproductive isolation showed particularly high levels of sequence divergence, that we related to the presence of anciently introgressed alleles. Our findings indicate that past genetic exchanges between D. labrax Atlantic lineage and a closely related species, the spotted sea bass (Dicentrarchus punctatus), have facilitated the establishment of reproductive isolation between the two extent D. labrax lineages. Secondly, we studied molecular evolution patterns of genes involved in reproductive isolation. We showed that these genes mainly display strong evolutionary constraints and thus undergo strong purifying selection. Thirdly, we used experimental crossings to determine if backcrossed individuals have a reduced fitness, which could be expected if there is hybrid depression. We observed that backcrossed individuals had the same fitness than non-backcross Mediterranean relatives. On the contrary, Atlantic alleles are even favored for these hybrids, and this occurs at the same loci where negative selection operates against Atlantic alleles over the long-term. These results thus reveal a complex temporal dynamic of selection on foreign Atlantic haplotypes. Overall, this work challenges the classical view of allopatric speciation which is generally thought as the progressive accumulation of barriers as the by-product of divergence between two populations, facilitated by the absence of gene flow. Here, we showed that on the contrary, genetic exchanges between D. labrax Atlantic population and a third lineage have probably accelerated the emergence of reproductive isolation between the two European sea bass lineages. Furthermore, reproductive isolation is generally assumed to rely on strong selection against first-generations hybrids. However, we showed that this is probably not the case for the European sea bass in which the dynamics of selection on foreign genetic material could be more complex, involving an inversion of selective effect over generations. This thesis shows that linked selection, in interaction with local recombination rate, plays a fundamental role in the establishment and maintenance of reproductive isolation

Cette thèse étudie le processus de spéciation entre la lamproie fluviatile (Lampetra fluviatilis) et la lamproie de Planer (L. planeri). Les deux espèces présentent des stratégies d'histoire de vie extrêmement différentes : L. fluviatilis est parasite et anadrome alors que L. planeri n'est pas parasite et reste strictement dulcicole. Toutefois, leur degré d'isolement reproducteur et leur histoire de divergence demeurent méconnus. Ces questions ont été abordées par des approches expérimentales, de génomique de populations et de simulations démographiques. Des croisements expérimentaux ont révélé un faible isolement reproducteur, confirmé par des degrés variables de flux géniques dans les populations naturelles. Les analyses génétiques ont montré que les deux taxons représentaient probablement des écotypes avec un isolement reproducteur partiel suggérant que les barrières reproductives endogènes ne réduisaient que partiellement la migration efficace entre écotypes. L'importance du contexte géographique actuel et passé dans l'étude de la spéciation a aussi été mise en évidence par des analyses à l'échelle du génome. Ainsi, les populations isolées de L. planeri évoluent principalement sous l'effet de la dérive génétique et ont une diversité réduite. Les inférences démographiques ont suggéré que la divergence a été initiée en allopatrie puis suivie de contacts secondaires résultant en un parallélisme génomique partiel entre réplicas de paires de populations. Une hétérogénéité de la divergence génomique a démontré que les ilots génomiques de différenciation ne résultaient pas de l'action récente de la divergence écologique. En outre, nos résultats suggèrent un impact faible de la fragmentation anthropique des cours d'eau sur la diversité génétique des populations de L. planeri. Les populations résidentes possèdent une diversité génétique plus grande lorsque le flux de gènes avec L. fluviatilis dans les parties aval des cours d'eau. Globalement cette thèse a démontré que les paires d'écotypes parasites et non-parasites de lamproies représentent un excellent modèle d'étude de la spéciation et notamment de l'architecture génomique de la divergence
This thesis investigates the process of speciation between the European lampreys Lampetra fluviatilis and L. planeri. The two species have drastically different life history strategies: L. fluviatilis is parasitic and anadromous while L. planeri is non-parasitic and strictly freshwater resident. Yet their level of reproductive isolation and history of divergence remain poorly understood. A multidisciplinary approach including experiments, population genomics analyses and historical reconstruction was undertaken to address these issues. Experimental crosses revealed a very low level of reproductive isolation, partially mirrored by variable levels of gene flow in wild populations. Genetic analyses revealed that the two taxa were best described as partially reproductively isolated ecotypes suggesting that endogenous genetic barriers partially reduced effective migration between ecotypes. Genome wide analyses showed the importance of the current and ancient geographical context of speciation. In particular, parapatric L. planeri populations diverged mostly through drift and displayed a reduced genetic diversity . Demographic inferences suggested that divergence have likely emerged in allopatry and then secondary contacts resulted in partial parallelism between replicate population pairs. A strong heterogeneity of divergence across the genome was revealed by sympatric populations suggesting that genomic islands of differentiation were not linked to ongoing ecological divergence. Further investigations showed that the genetic diversity of L. planeri populations was weakly affected by human-induced river fragmentation. Resident populations displayed a higher diversity when gene flow was possible with L. fluviatilis populations in downstream sections of rivers. Overall this thesis showed that parasitic and non-parasitic lamprey ecotypes represent a promising model for studying speciation and notably the genomic architecture of divergence

Les guêpes du genre Cotesia sont des endoparasitoïdes de Lépidoptères. Les larves se développent à l’intérieur du corps de la chenille et altèrent sa physiologie notamment pour échapper aux défenses immunitaires de l’hôte. Pour ce faire, ces guêpes ont développé une stratégie particulièrement originale : la domestication d’un virus, le bracovirus. Ce dernier a pour origine un virus intégré de manière stable dans le génome de la guêpe. La guêpe utilise ce bracovirus afin de produire des particules virales contenant des gènes de virulence qui permettent, une fois exprimés dans l'hôte, le développement des larves et le succès parasitaire. L'objectif de mon travail de thèse a été, par des approches de génomique évolutive, de replacer le bracovirus dans l'histoire évolutive de ces guêpes
The wasps from the Cotesia genus are endoparasitoids of Lepidoptera. The larvae grow inside the host body and alter its physiology to escape the host immune defenses. To achieve that, these wasps developed a particularly original strategy: virus domestication. Named Bracovirus, it originates from a free-living virus stably integrated into the wasp genome. The wasp uses this bracovirus to produce viral particles containing virulence genes, once expressed in the host, allowing larval development and parasitic success. The aim of my thesis was to uncover, using evolutionary genomic approaches, the role of the bracovirus in the evolutionary history of theses wasps. At the population level, Cotesia sesamiae, used in Africa as biocontrol agents, is structured in several populations, including one strictly associated to a single host species

Afin de comprendre le processus de spéciation, il est nécessaire d'appréhender les patrons de flux géniques entre espèces naissantes et le rôle de la sélection dans leur détermination. C'est ce que tente d'aborder cette thèse en utilisant comme modèle deux sous-espèces de la souris domestique, Mus musculus. Nous avons reconstitué l'histoire de leur différenciation sur la base du polymorphisme de séquence à 60 locus autosomaux. La simulation du coalescent de ces locus sous plusieurs scenarios historiques nous a permis d'inférer, via une méthode ABC (Approximate Bayesian Computation), une divergence ancienne des sous-espèces (1,5Ma). Elle fut suivie d'une longue phase d'isolement (1,2Ma) précédant une phase d'échanges génétiques débutant bien avant la formation de la zone hybride européenne actuelle. La phase d'isolement a été assez longue pour expliquer une grande partie des incompatibilités génétiques observées actuellement. Les flux génétiques anciens et prolongés pourraient avoir favorisé le renforcement comportemental de l'isolement reproductif. Nous étudions aussi la relation entre le mode d'évolution de 77 régions génomiques autosomales et leur comportement d'introgression à travers une zone hybride. Le taux de recombinaison locale semble déterminer en partie les introgressions symétriques et limitées de certains locus. Toutefois tel n'est pas le cas pour 40% des locus, qui présentent une introgression asymétrique dans l'une ou l'autre direction. Nous proposons que l'introgression coté musculus soit majoritairement contrôlée par la sélection et que l'introgression coté domesticus soit influencée par un déplacement de la zone hybride vers le territoire musculus
Understanding the speciation process requires to appraise patterns of gene flow between incipient speices as well as the role of selection in their determination. This thesis attempts to do so using two subspecies of the house mouse, Mus musculus, as a model. We inferred the history of their differentiation based on sequence polymorphism data at 60 autosomal loci. By simulating the coalescent of these loci under several historical scenarios we were able to infer, using an ABC (Approximate Bayesian Computation) method, an ancient divergence of the subspecies (1.5 MY). This was followed by a long period of isolation (1.2 MY) preceding a phase of genetic exchanges that started well before the formation of the present European hybrid zone. The isolation phase lasted long enough to explain a majority of the present genetic incompatibilities. Ancient and lasting gene flow could have favoured a behavioural reinforcement of reproductive isolation. We a lso studied the relationship between the mode of evolution of 77 autosomal genomic regions and their introgression patterns across a hybrid zone. Local recombination rates variations seem to partly account for the patterns observed at some loci with limited and symmetrical introgression. However such is not the case for 40% of the the loci showing asymmetrical introgression in on direction or the other. domesticus results from a movement of the hybrid zone from domesticus to musculus

Connaitre et appréhender les mécanismes de la diversification des espèces est important pour la gestion des écosystèmes, la prévision des impacts des changements climatiques et la compréhension de la biodiversité actuelle et passée. Le but de cette thèse est de comprendre et de déceler les mécanismes génétiques à l’origine de la diversification des espèces en présence de flux de gènes. Cette thèse se focalise sur le modèle biologique Symphonia globulifera, qui compte deux écotypes : le S.globulifera spécialiste de la terra firme et le S.sp1, spécialiste des bas-fonds. Ces deux écotypes montrent une faible différenciation génétique, malgré la présence de deux phénotypes différents.Une première étape a été de mettre en évidence la présence d’une adaptation locale au sein de cette espèce, par le biais d’une expérimentation de jardins de transplantation réciproques, permettant d’expliquer la répartition des écotypes dans leur habitat naturel. Ensuite, dans le but d’identifier les mécanismes sous-jacent à cette adaptation locale, j’ai testé l’hypothèse que la méthylation des gènes pourrait être une marque de l’épigénétique contribuant à la divergence des écotypes, par l’utilisation d’enzyme sensibles à la méthylation dans un protocole de génotypage AFLP. Enfin, un séquençage haut-débit du transcriptome des écotypes en jardins de transplantation réciproques m’a permis de mettre en évidence une expression différentielle des gènes entre les écotypes, qui pourrait expliquer les différences phénotypiques observées entre les écotypes malgré une faible différentiation génétique. Ces travaux de thèse s’appuie, ainsi, sur des données de traits phénotypiques, de génotypage AFLP et de séquençage à haut débit du transcriptome pour montrer la valeur importante de la régulation des gènes dans la divergence des écotypes adaptés localement, et un faible rôle de la méthylation de l’ADN dans l’établissement cette adaptation locale
Understanding of the mechanisms driving diversification of species is a significant way to improve the management of ecosystems, predict the impacts of climate change and understand the actual and past biodiversity level. The aim of this thesis is to understand and comprehend genetic mechanisms behind the diversification of species in the presence of gene flow. This thesis is focused on the biological model Symphonia globulifera, which presents two ecotypes: the S.globulifera, specialist of seasonally flooded lowlands and S.sp1, specialist of terra firme. These two ecotypes show low genetic differentiation, despite the presence of two apparent phenotypes. A first part of this thesis was to test the presence of local adaptation of this using reciprocal transplant experiment gardens, allowing the understanding of the ecotypes distributions in their natural habitats. Then, this local adaptation in the presence of gene flow, directed me to the regulation of gene methylation in order to see the role this brand of epigenetics can have in the divergence of the ecotypes. In a third part of the thesis, new generation sequencing of the transcriptome ecotypes in reciprocal gardens transplantations allowed me to show the evidence of gene regulation to differentiate the ecotypes. This work thesis is based on phenotype records data, AFLP genotyping and high-throughput sequencing of the transcriptome, in order to show the important value of gene regulation in the divergence of the locally adapted ecotypes, and a weak role of DNA methylation in the establishment of local adaptation

Comment la diversification biologique peut-elle avoir lieu malgré les échanges génétiques? Comment les barrières reproductives entre espèces évoluent-elles et fonctionnent-elles? Les changements adaptatifs de certains traits favorisent-ils la diversification et la spéciation? Ces questions ouvertes en biologie évolutive constituent la base de ce projet. Pour y répondre, nous nous sommes intéressés aux papillons du genre néo-tropical Heliconius qui constituent une partie importante des communautés diversifiées de papillons néotropicaux. Les papillons de ce groupe sont immangeables pour les prédateurs, arborent des colorations d’avertissement qui signalent leur toxicité, et miment d’autres papillons toxiques dans leurs communautés locales. Ce genre a connu une radiation adaptative des motifs colorés soumis à la sélection naturelle favorisant le mimétisme de divers signaux locaux, mais ces motifs sont également connus comme signaux intraspécifiques favorisant les appariements homogames. Mes travaux ont permis d’approfondir les connaissances actuelles sur la fonction écologique et la base génétique de la couleur des ailes chez ces papillons, et d’explorer l'importance de la couleur des ailes par rapport aux signaux chimiques au cours des premières étapes de diversification. Dans cette optique, j’ai caractérisé la divergence adaptive entre les taxons à différents stades du continuum de spéciation, par une approche intégrative combinant des données génomiques, phénotypiques, comportementales, chimiques et écologiques. Plus précisément, j’ai étudié le sous-clade de Heliconius appelé sylvaniformes, contenant des espèces de papillons aux motifs tigrés, qui participent à des relations de mimétisme avec de nombreuses autres espèces fortement apparentées ou non. Mes travaux incluent la description comparative de l'architecture génétique des motifs colorés adaptatifs parallèlement chez les espèces H. hecale et H. ismenius, en utilisant des croisements, du génotypage génomique à haut débit, et de la morphométrie des motifs colorés. J’ai également exploré l'importance de la sélection naturelle et sexuelle sur les locus contrôlant ces motifs colorés aux stades précoces de divergence dans ce genre. En particulier, j’ai analysé la structure et le maintien de la zone d’hybridation entre deux races parapatriques de H. hecale montrant des colorations différentes, en combinant la génétique et la génomique des populations, ainsi que l’analyse phénotypique de clines et des tests comportementaux sur le choix de partenaire chez les mâles. Enfin, j’ai effectué des analyses génomiques de la divergence et du flux de gènes en me basant sur des données de re-séquençage de génomes complets afin de rechercher des traces d'introgression entre des espèces co-mimétiques et étroitement apparentées. Ceci a été également couplé à des expériences de préférence et de comportement sexuel, ainsi qu’à des analyses chimiques montrant d'importantes différences dans des composés qui pourraient intervenir dans la reconnaissance spécifique et le maintien des limites entre espèces. Dans l'ensemble, mes travaux montrent que bien que la sélection agissant sur les motifs colorés des ailes ait été centrale dans la diversification du genre Heliconius, l'accumulation d'autres barrières au flux de gènes peut jouer un rôle important dans l’aboutissement du processus de spéciation
How does biological diversification occur in the face of genetic exchange? How do reproductive barriers evolve and function? What is the role of adaptive traits in promoting diversification and speciation? These open questions in evolutionary biology are at the core of this project. In order to tackle them, we have focused on butterflies in the neo-tropical genus which are an important component of the diverse butterfly communities in the Neo-tropics. Butterflies in the genus Heliconius are unpalatable to predators, use warning colours to advertise their defences, and mimic other defended butterflies in their local communities. The genus has undergone an adaptive radiation in wing colour patterns as a result of natural selection for mimicry, and is also well known for assortative mating based on wing pattern. I have extended the current knowledge about the ecological function and the genetic basis of wing color patterns in these butterflies and explored the importance of wing coloration relative to chemical signaling in the early stages of diversification. To this aim, I have characterised the adaptive divergence between lineages at different stages of the speciation continuum, by integrating genomic, phenotypic, behavioural, chemical and ecological data. More precisely, I have studied the so-called silvaniform sub-clade of Heliconius, known for harbouring species with tiger patterns that participate in mimicry with large groups of other closely and distantly-related species. My work includes the comparative description of the genetic architecture of wing pattern adaptation in two species, H. hecale and H. ismenius, using crosses, genome-wide next-generation genotyping, and advanced morphometrics of colour patterns. I have also explored the importance of natural and sexual selection on wing-patterning loci at early stages of divergence in the genus. In particular, I have analysed the structure and maintenance of a hybrid zone between two distinctly coloured parapatric races of H. hecale by using a combination of population genetics and genomics, coupled to a phenotypic analysis of the clines and to behavioural assays on male-based mate choice. Finally, I have carried out genome-wide analyses of divergence and gene flow with whole genome sequencing data to look for evidence of introgression between coexisting, hybridising co-mimetic species. This was again coupled to experiments on mating preferences and behavior, and yielded evidence for important differences in putative pheromone signals which may mediate species recognition and the maintenance of species boundaries. Overall, my results show that although selection on wing pattern divergence have been central to the diversification of the genus Heliconius, the accumulation of other barriers to gene flow may be important for the speciation process to be completed