• Langue : Anglais
• Discipline : Biologie de l'environnement, des organismes, des populations, écologie
• Identifiant : 2022ULILR048
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 15/11/2022

Résumé en langue originale

L'humanité dépend fortement des ressources naturelles fournies par les écosystèmes d'eau douce. Cependant, l'expansion de la population humaine et le réchauffement climatique affectent ces écosystèmes, menaçant leur biocénose et leur utilisation durable. Les bivalves d'eau douce sont parmi les taxons les plus menacés au monde, bien qu'ils fournissent des services écosystémiques importants. Dans ce projet de doctorat, nous étudions les Unionidae afrotropicaux, dont la diversité, la biogéographie et la dynamique des populations sont très peu connues, de sorte que la pression sur ces écosystèmes pourrait entraîner une perte irréversible de biodiversité peu connue. Un dysfonctionnement de ces écosystèmes pourrait avoir des conséquences ravageuses pour ces espèces et pour l'humanité.Nous étudions la diversité génétique et morphologique des Unionidae afrotropicaux dans différents habitats afin d'éclaircir leur dynamique de diversification. Cette étude se situe à deux échelles géographiques, afin de lier les dynamiques micro- et macro-évolutives. A l'échelle continentale, nous examinons la dynamique de la diversification, les relations phylogénétiques, la distribution géographique de cette diversité et le lien entre la variabilité des habitats, la disparité morphologique et la diversification des lignées. A l'échelle régionale, dans le bassin du lac Malawi, nous sommes intéressés à la différenciation génétique et morphologique entre populations.Une première étude fondée sur quatre fragments de gènes a montré que tous les Unionidae afrotropicaux échantillonnés, et le genre Moncetia, qui était auparavant attribué aux Iridinidae, appartiennent à la tribu Coelaturini. Cette tribu a colonisé l'Afrique ahttps://www.adum.fr/as/BU/cv.pl#u Miocène inférieur et les relations phylogénétiques reflètent les bassins hydrographiques. L'expansion géographique a été produite principalement par la cladogenèse en sympatrie et reflète l'importance de la connectivité hydrologique. Cette étude n'a cependant pas permis de résoudre plusieurs polytomies terminales qui comprennent plusieurs espèces nominales.Nous avons donc développé une nouvelle stratégie de séquençage à haut débit (SHD) afin d'enrichir des échantillons génomiques pour >1,100 gènes entiers et >4,000 éléments ultra-conservés. Cette stratégie peut être utilisée chez d'autres organismes non-modèles. La stratégie SHD a permis de résoudre la plupart des polytomies. Des discordances phylogénétiques ont persisté dans deux clades, celui des bassins de Malawi et de Mweru et celui de l'écorégion Victoria, des régions où la diversification est probablement récente. Nous avons évalué la performance des approches morphométriques géométriques en 2D et 3D afin de quantifier précisément la disparité morphologique des Unionidae afrotropicaux.Les taux de différenciation morphologique diffèrent entre les grands lacs, les lacs et les fleuves, malgré des taux de diversification phylogénétique similaires dans ces habitats. En examinant le clade du bassin de Malawi qui présentait la discordance phylogénétique la plus persistante, nous avons trouvé quatre pools génétiques semi-isolés mais reliés par des flux de gènes. Ces pools génétiques présentent une faible diversité génétique, et leur différenciation génétique est limitée et cohérente avec un isolement par la distance. Des traces de sélection ont été identifiées dans ~10% des loci, et pour de nombreuses paires de populations, la différenciation morphologique est plus élevée que la différenciation génétique, indiquant que d'autres processus, tels que l'adaptation, contribuent à la divergence entre les pools génétiques. Les analyses démographiques montrent que ces pools génétiques se sont développés simultanément après un goulot d'étranglement il y a ~115 ka à cause d'une sécheresse, ce qui explique la discordance phylogénétique.

Résumé traduit

Humans depend directly on natural resources from freshwater ecosystems but human population expansion and current global climate change are stressing freshwater ecosystems, endangering their biota and hampering sustainable use. Freshwater bivalves exemplify this issue as they are among the most imperiled biota worldwide, despite providing important ecosystem services. In this Ph.D. project, we study Afrotropical Unionidae, because our knowledge on their diversity, biogeography, and population dynamics is very limited, so that continued ecosystem change could lead to a potential irretrievable loss of poorly known biodiversity. Ecosystem malfunctioning and collapse may have devastating consequences on freshwater biota and human communities alike.We investigate the genetic diversity and the morphological disparity of Afrotropical Unionidae in an environmental context to address the abovementioned knowledge gaps on their diversification dynamics. In this Ph.D. study we focused on two geographical scales to link microevolutionary and macroevolutionary dynamics. At the continental scale, we examine diversification dynamics, phylogenetic relationships, how this diversity is biogeographically distributed and how habitat diversity relates to morphological disparity and lineage diversification. At the regional scale, we use a population approach to elucidate how differentiation resulted in diversification in Coelaturini from the Malawi Basin.A first study using four gene fragments indicated that all sampled Afrotropical unionids belong to the tribe Coelaturini, as does the genus Moncetia which was previously attributed to the family Iridinidae. This tribe colonized Africa during the Early Miocene and phylogenetic relationships strongly reflect hydrographic basins. Range expansion was mainly driven by cladogenesis in sympatry and reflects the importance of hydrological connectivity. However, this study did not resolve several terminal polytomies, which often included various nominal species.Therefore, we developed a new next generation sequencing (NGS) strategy based on target enrichment of the entire open reading frames of >1,100 single-copy orthologous genes and >4,000 ultraconserved elements. This strategy was specifically chosen for integrative studies of microevolutionary and macroevolutionary dynamics in Afrotropical unionids and can also be applied to other non-model organism. This new NGS strategy allowed us to resolve most of the polytomies. In two clades, i.e. that of the Malawi and Mweru Basins and of the Victoria ecoregion, some incongruences persisted, which relate to very short phylogenetic branches suggestive of recent diversification. Additionally, we examined the performance of 2D and 3D geometric morphometric approaches to reliably document morphological disparity in Afrotropical unionids.We found major differences in rates of morphological differentiation among great lakes, lakes and rivers, despite similar rates of lineage diversification across these habitats. Examining the most persistent case of phylogenetic incongruence, i.e. Coelaturini from the Malawi Basin, with population genomics indicated the existence of four gene pools, which are semi-isolated but connected by gene flow. These gene pools display low genetic diversity and limited differentiation, in part caused by dispersal limitation (isolation by distance). Evidence for selection was found in ~10% of the genetic loci, and for many pairwise population comparisons morphological differentiation exceeded genetic differentiation, indicating that other processes such as adaptation may contribute to divergence among gene pools. Demographic analyses show that these gene pools originated simultaneously after a bottleneck ~115 ka caused by megadrought in the Malawi Basin, and explain the phylogenetic ‘incongruence'.