Evaluation des capacités adaptatives du bivalve Macoma balthica (L.) dans un contexte de changement global : analyse comparée des processus neutres et soumis à sélection, Estimation of adaptive capacities of Macoma balthica (L.) in the context of global change

Vanessa Becquet

Description

Sous la direction de Pascale Garcia
Thèse soutenue le 15 février 2011: La Rochelle
L’aire de distribution des espèces est conditionnée à la fois par des facteurs biotiques et abiotiques et ses frontières dépendent généralement des limites physiologiques de l’espèce. Ainsi, en bordure d’aire de répartition, les populations se caractérisent par une diversité génétique moindre ainsi qu’une forte différentiation génétique et leur existence dépend d’un équilibre fragile entre événements de colonisation et d’extinction.Depuis les années 1970, l’augmentation et l’accélération des pressions anthropiques exercées sur les écosystèmes bouleversent ces équilibres et des modifications de l’aire de répartition sont observées chez certaines espèces dont le bivalve Macoma balthica, espèce clé des écosystèmes littoraux en Europe, dont la limite sud de répartition s’est décalée vers le nord-est au cours des quarante dernières années.Afin d’évaluer les capacités adaptatives de M. balthica et dans un but de conservation, deux approches complémentaires ont été menées dans des environnements contrastés qui ont permis de mettre en évidence des signes d’adaptation locale.D’une part, l’étude du génome neutre à l’aide des outils méthodologiques et concepts de la génétique des populations a permis d’inférer l’histoire démographique de l’espèce avec une attention particulière portée sur une baie en limite d’aire de répartition (Baie de Marennes Oléron, France) et sur une baie soumise à de fortes pressions physico-chimiques (Baie de Gdansk, Pologne). Nous avons mis en évidence notamment :(i) un polymorphisme significatif dans les populations en limite d’aire en opposition avec les attendus théoriques(ii) des ruptures au flux de gènes dans le golfe de Gascogne soumis au réchauffement des eaux de surface mais aussi le long d’un gradient environnemental dans la baie de Gdansk. D’autre part, l’étude moléculaire de la sélection a été menée par la méthode de pyroséquençage sur le transcriptome d’individus prélevés en milieux contrastés. Cette étude a permis de mettre en évidence des tendances d’expression différentielle de gènes de réponse générale au stress selon le milieu considéré.
-Macoma balthica
-Capacités adaptatives
-Pressions anthropiques
-Pyroséquençage
-Microsatellites
Species distribution is conditioned by biotic and abiotic factors and its borders depend generally on physiological limits of species. At the edge of their distribution, populations are characterized by a less genetic diversity as well as a strong genetic differentiation and their existence depends on a fragile balance between colonization and extinction.Since the 1970s, the increase and the acceleration of the anthropological pressures exercised on ecosystems upset this balance. As a consequence, modifications of many species distributions are observed. As an example, the south end of the distribution of the bivalve Macoma balthica, a key species of the european littoral ecosystems has moved towards the northeast during the last forty years.In order to conserve this species, we need to estimate the adaptive capacities of M. balthica. Two complementary approaches were undertaken in contrasting environments. The neutral genome was studied using population genetics methods to the demographic history of the species with a particular attention at the edge of its distribution (Bay of Marennes Oléron, France) and in a bay subjected to strong physico-chemical pressures (Bay of Gdansk, Poland). We brought to light in particular:1) A significant polymorphism in the populations at the edge of the distribution in contrast to theoretical predictions.2) A geneflow rupture correlated with high sea surface temperature (in the Bay of Biscay) and also along an environmental gradient ( derived from multiple parameters) in the bay of Gdansk.The molecular study of natural selection was conducted by the method of pyroséquençage using transcriptome from individuals at specific locations. This study allowed us to bring to light tendencies of differential gene expression implicated in the general response to stress.
-Macoma balthica
-Adaptive capacities
-Anthropogenic pressure
-Pyroséquençage
-Microsatellites
Source: http://www.theses.fr/2011LAROS323/document

Sujets

• Pyroséquençage

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 18 Mo

Extrait

Université de La Rochelle Ecole doctorale Gay Lussac
LIttoral Environnement et SociétéS UMR 6250
Evaluation des capacités adaptatives du bivalve
Macoma balthica (L.) dans un contexte de
changement global.
Analyse comparée des processus neutres
et soumis à sélection
THESE

présentée pour l’obtention du grade de
Docteur de l’ Université de La Rochelle
par
Vanessa Becquet
Composition du jury
Mme Viviane Boulo Cadre Ifremer Université de Montpellier II
M Didier Aurelle Maître de Conférence Université de la Méditerranée
M Herman Hummel Professeur Netherlands Institute of Ecology, Yerseke
M Paco Bustamante Université de La Rochelle
Mme Pascale Garcia Professeur Univhelle
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Sommaire


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Introduction Générale  11
 
1- La littoralisation : conséquence de l’évolution des sociétés humaines ? 13
2- Quels impacts sur les écosystèmes naturels ? 14
2.1- La modification de l’habitat 15
2.2- La perturbation des cycles biogéochimiques 18
2.3- Le changement climatique 19
2.4- L’introduction d’espèces 23
3- Mécanismes adaptatifs et évaluation du risque sur les populations 25
3.1- La réponse individuelle 27
3.2- La réponse à l’échelle de la population 30
3.3- Cas particulier des populations en limite d’aire de répartition 30
4- Exemple du bivalve Macoma balthica 32
5- Objectifs de la thèse 35
 
 
Partie I: Influence des contraintes anthropiques sur les processus
démographiques des populations naturelles de Macoma balthica 39
 
Introduction 41

Chapitre I- Mise au point de nouveaux marqueurs moléculaires hypervariables 43
I.1- Choix des marqueurs moléculaires 45
I.1.1- Locus mitochondrial 45
I.1.2- Locus microsatellites 46
I.2- Description du marqueur mitochondrial 46
I.3- Mise au point des marqueurs microsatellites 47
I.3.1- Construction d’une banque enrichie en microsatellites 47
I.3.2- Séquençage et sélection des marqueurs microsatellites 48
I.3.3- Résultats et conclusion 50
 
Chapitre II- Etude d’un site anthropisé en limite d’aire de répartition: cas des
populations de la baie de Marennes Oléron (France) soumises au réchauffement
des eaux du golfe de Gascogne 51
II.1- Contexte actuel des populations de Macoma balthica en limite d’aire de
répartition 53
II.2- Matériel et méthodes 55
II.2.1- Echantillonnage et extraction des ADN 55
II.2.2- Analyse des séquences obtenues avec le marqueur COI 56
II.2.3- Analyse des données nucléaires 57
II.2.3.1- Diversité génétique au sein des populations 57
II.2.3.2- Différentiation génétique et relations entre populations 57
3
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II.3- Résultats 59
II.3.1- Structure mitochondriale 59
II.3.2- Diversité moléculaire 62
II.3.2- Structure génétique des populations 66
II.4-Discussion 68
II.4.1- Diversité génétique des populations situées en périphérie 69
II.4.2- Structure génétique en limite de répartition 70
II.4.2.1- Dispersion à longue distance et barrière géographique 70
II.4.3.1- Rupture du flux de gènes dans le golfe de Gascogne 71
II.5- Conclusion 71

Chapitre III- Etude d’un site anthropisé au coeur de l’aire de répartition. Cas des
populations de la Baie de Gdansk (Pologne) soumises aux contaminants de la
Vistule et aux contraintes physico-chimiques de la mer Baltique 73
III.1- La mer Baltique: un environnement particulier ? 75
III.2- Matériel et méthodes 76
III.2.1- Echantillonnage des populations 77
III.2.2- Conditions d’amplification et analyses statistiques 78
III.3- Résultats 78
III.3.1- Structure mitochondriale des populations de la mer Baltique 78
III.3.2- Diversité moléculaire en Baie de Gdansk 80
III.3.3- Structure génétique des populations de la Baie de Gdansk 82
III.3.4- Assignation des individus 82
III.4- Discussion et conclusion 85
III.4.1- Statut des populations de la mer Baltique 85
III.4.2- Structure génétique des populations de la Baie de Gdansk 85
III.4.2.1- Importance de la thermo-halocline 85
III.4.2.2- Structuration des populations à l’embouchure de la Vistule 86
III.5- Conclusion 88
 
 
Partie II : Evaluation des capacités adaptatives de Macoma
balthica et approche moléculaire de la sélection 91
 
Importance de la sélection dans les processus adaptatifs 93

Chapitre I- Les nouvelles technologies de séquençage haut débit. Cas particulier
du pyroséquençage 454 97
I.1-Description des principales technologies de séquençage massif ou NGS (Next
Generation Sequencing) ; séquençage de nouvelle génération 99
I.2- La technique «454» ou pyroséquençage 101
I.3- Développement de la banque d’ADN génomique 101
I.3.1- Echantillonnage et extraction des ARN 101
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I.3.2- Préparation de la banque d’ADNc et pyroséquençage 103
I.4- Analyses bioinformatiques des séquences obtenues 104
I.4.1- Tri et assemblage des séquences 104
I.4.2- Annotation des séquences 104
I.4.3- Comparaison des transcriptomes 107
 
Chapitre II- Résultats du pyroséquençage et mise en évidence de gènes candidats 109
II.1- Séquençage et profil des ADNc exprimés 111
II.2- Annotation fonctionnelle des transcriptomes 113
II.3- Activités peptidiques mises en évidence 113
II.2- Discussion et conclusion 113
II.2.1- Annotation du transcriptome de Macoma balthica 113
II.2.2- Mise en évidence de gènes impliqués dans le système de défense 114
 
Chapitre III- Adaptation différentielle selon les contraintes environnementales 117
III.1- Résultats 119
III.1.1-Comparaison des populations A et G 119
III.1.2-Comparaison des populations A et S 120
III.1.3-Comparaison des populations G et S 120
III.2- Discussion 122
III.3- Conclusion 123
 
 
Conclusion Générale et Perspectives 125
 
Bibliographie 131
 
Annexes 147


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Préambule
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