DS01 - Gestion sobre des ressources et adaptation au changement climatique

Génomique Comparative de la Divergence pour relier la spéciation aux traits d’histoire de vie – CoGeDiv

Génomique Comparative de la Divergence pour relier la spéciation aux traits d’histoire de vie

La spéciation est le processus évolutif par lequel des populations divergent et accumulent des barrières d’isolement reproductif jusqu’à devenir des espèces distinctes. Bien que les biologistes soient aujourd'hui capables de mesurer la différentiation entre espèces à l'échelle du génome entier, les facteurs qui déterminent le rythme de la divergence et la probabilité de la spéciation restent aujourd'hui inconnus.

Role des contraintes génomiques et des traits d'histoire de vie dans la spéciation étudié par approche de génomique comparative

Le principal objectif du projet CoGeDiv est d'aborder le rôle des forces démographiques dans la spéciation au travers d'une approche de génomique comparative. <br /> <br />Les zones de suture biogéographique offrent des systèmes d'étude idéaux pour mettre en oeuvre une telle approche. Ces zones concentrent chez une grande variété de taxons, des paires d'espèces cryptiques séparées par des frontières physiques ou écologiques, et qui continuent à échanger des gènes bien qu'étant partiellement isolées reproductivement. Parce que ces semi-espèces se sont diversifiées en même temps dans un contexte historique et écologique commun, elles offrent un cadre d’étude approprié pour identifier les déterminants majeurs de la spéciation. <br /> <br />Le projet CoGeDiv propose d’étudier 20 paires d’espèces de poissons marins dont les aires de distribution traversent une frontière biogéographique majeure comprenant des barrières courantologiques et écologiques : la zone de transition Atlantico-Méditerranéenne. Ces paires d’espèces présentent des degrés d’isolement reproductif divers ainsi que des caractéristiques démographiques très contrastées en lien avec leurs traits d’histoire de vie variables. <br /> <br />En produisant une analyse inédite de la diversité génomique des espèces au-delà des unités de conservation classiquement reconnues, nous espérons fournir une compréhension des mécanismes associés à la réponse des espèces aux changements climatiques actuels, et améliorer nos connaissances de la biodiversité cryptique au niveau d'un point chaud de diversité marine littorale.

Une approche de génomique comparative standardisée sera implémentée pour évaluer la vitesse à laquelle la spéciation se déroule chez ces différentes paires d’espèces. La divergence sera caractérisée en mesurant à l’échelle individuelle le polymorphisme du génome entier. Les séquences seront traitées dans un pipeline bio-informatique réalisant l’ensemble des étapes de filtrage, assemblage, découverte de variants, annotation, et calcul de statistiques de génétique des populations. Pour chaque paire d’espèce, l’histoire démographique de la divergence sera inférée en utilisant des méthodes statistiques qui captureront spécifiquement les effets historiques, démographiques et sélectifs. Les paramètres ainsi estimés seront comparés entre paires d’espèces pour relier la biologie et l’écologie des espèces à leur propension à spécier dans un contexte biogéographique identique. En générant un jeu de données volumineux et conçu pour tester une série de prédictions théoriques, nous espérons apporter des progrès significatifs sur plusieurs questions fondamentales encore non résolues :

(i) Comment l'antagonisme entre sélection et flux génique affecte-t-il la divergence à travers le continuum de la spéciation ?
(ii) La divergence génomique hétérogène est-elle sculptée par le flux génique différentiel ou la sélection aux sites liés ?
(iii) Quel est le rôle des incompatibilités cyto-nucléaires dans la spéciation ?
(iv) Quels traits d’histoire de vie et quelles caractéristiques démographiques déterminent la spéciation ?

A venir

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A venir

La spéciation est le processus évolutif par lequel des populations divergent et accumulent des barrières d’isolement reproductif jusqu’à devenir des espèces distinctes. Bien que les biologistes qui étudient l'évolution soient aujourd'hui capables de mesurer la différentiation entre espèces naissances à l'échelle du génome entier, les facteurs qui déterminent le rythme de la divergence et la probabilité de la spéciation restent aujourd'hui inconnus. Le principal objectif du projet CoGeDiv est d'aborder le rôle des forces démographiques dans la spéciation au travers d'une approche de génomique comparative.
Les zones de suture biogéographique offrent des systèmes d'étude idéaux pour mettre en œuvre une telle approche comparative. Ces zones concentrent chez une grande variété de taxons, des paires d'espèces cryptiques séparées par des frontières physiques ou écologiques, et qui continuent à échanger des gènes bien qu'étant partiellement isolées reproductivement. Parce que ces semi-espèces se sont diversifiées en même temps dans un contexte historique et écologique commun, elles offrent un cadre d’étude approprié pour identifier les déterminants majeurs de la spéciation chez des groupes phylogénétiquement éloignés.
Le projet CoGeDiv propose d’étudier 16 paires d’espèces marines littorales dont les aires de distribution traversent une frontière biogéographique majeure comprenant des barrières courantologiques et écologiques : la zone de transition Atlantico-Méditerranéenne. Ces paires d’espèces présentent des degrés d’isolement reproductif divers ainsi que des caractéristiques démographiques très contrastées en lien avec leurs traits d’histoire de vie variables.
Une approche de génomique comparative standardisée sera implémentée pour évaluer la vitesse à laquelle la spéciation se déroule chez ces différentes paires d’espèces. La divergence sera caractérisée en mesurant à l’échelle individuelle le polymorphisme des séquences transcriptomiques par RNA-Sequencing. Les séquences seront traitées dans un pipeline bio-informatique réalisant l’ensemble des étapes de filtrage, assemblage, découverte de variants, annotation, et calcul de statistiques de génétique des populations. Pour chaque paire d’espèce, l’histoire démographique de la divergence sera inférée en utilisant des méthodes statistiques qui captureront spécifiquement les effets historiques, démographiques et sélectifs. Les paramètres ainsi estimés seront comparés entre paires d’espèces pour relier la biologie et l’écologie des espèces à leur propension à spécier dans un contexte biogéographique identique. En générant un jeu de données volumineux et conçu pour tester une série de prédictions théoriques, nous espérons apporter des progrès significatifs sur plusieurs questions fondamentales encore non résolues :

(i) Comment l'antagonisme entre sélection et flux génique affecte-t-il la divergence à travers le continuum de la spéciation ?
(ii) La divergence génomique hétérogène est-elle sculptée par le flux génique différentiel ou la sélection aux sites liés ?
(iii) Quel est le rôle des incompatibilités cyto-nucléaires dans la spéciation ?
(iv) Quels traits d’histoire de vie et quelles caractéristiques démographiques déterminent la spéciation ?

En produisant une analyse inédite de la diversité génétique des espèces au-delà des unités de conservation classiquement reconnues, nous espérons fournir une compréhension des mécanismes associés à la réponse des espèces aux changements climatiques actuels, et améliorer nos connaissances de la biodiversité cryptique au niveau d'un point chaud de diversité marine littorale.

Coordinateur du projet

Monsieur Pierre-Alexandre Gagnaire (Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ISEM Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier

Aide de l'ANR 306 966 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2018 - 42 Mois

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