Projet ANR-13-JSV7-0001 – ISOBAR : Barrières reproductives et spéciation chez les isopodes marins du complexe Jaera albifrons
Programme : JCJC - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (JCJC SVSE 7)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Thomas BROQUET (UMR 7144 Adaptation et Diversité en Milieu Marin)
Partenaires : Adaptation et Diversité en Milieu Marin
Montant : 205819.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Barrières reproductives et spéciation chez les isopodes marins du complexe Jaera albifronsLa spéciation, processus de ramification du monde vivant par lequel de nouvelles espèces apparaissent, pose de nombreuses questions irrésolues.
Objectifs du projet isobarLe projet isobar s’intéresse à deux des  mécanismes d’isolement reproducteur qui  peuvent limiter les flux de gènes interspécifiques, dans le but ultime de comprendre comment ils ont pu évolué, entrainant ainsi la ramification d’une espèce ancestrale en plusieurs entités distinctes. Le premier mécanisme étudié est l'isolement comportemental, qui résulte du choix préférentiel de partenaires conspécifiques pour la reproduction. Le second est l'isolement post-zygotique, sous l'effet d'incompatibilités génétiques résultant en une baisse de la viabilité et de la fertilité de la descendance hybride. Ces mécanismes seront étudiés chez un petit complexe d’espèces : le groupe des Jaera albifrons (crustacés isopodes marins).
MéthodesLe premier axe de recherche focalisé sur les mécanismes d'isolement comportemental comporte trois approches:une étude expérimentale des choix de partenaires sexuels au sein du complexe Jaera albifronsl'analyse par une approche expérimentale des processus de sélection sexuelle opérant au sein de l'une des espèces du complexel'analyse des patrons de choix sexuels au sein d'une population exceptionnelle à fort taux d'hybridationLe second axe de recherche proposé s'intéresse aux mécanismes d'isolement post-zygotique liés à des incompatibilités génétiques avec deux approches :une étude expérimentale des patrons de viabilité et de fécondité de la descendance hybride (F1 et F2) entre deux espèces du complexe, en comparant des populations avec différents niveaux d’hybridation inter-spécifique.une étude de l'architecture génétique de la différentiation entre espèces à l'échelle du génome à l'aide d'une méthode de type RAD-seq, avec une attention particulière pour les patrons de différentiation associés aux chromosomes sexuels (ZW).
Résumé de la soumission : Ce projet s'intéresse à la spéciation. Si le concept d'espèce biologique permet de décrire l'extrême ramification du monde vivant, le processus de ramification à l'origine de nouvelles espèces pose de nombreuses questions irrésolues.Les recherches en biologie évolutive ont permis de décrire les différents types de barrières reproductives qui interdisent les flux de gènes entre espèces. Elles s'attachent aujourd'hui à détailler les mécanismes impliqués dans ces barrières, dans le but ultime de comprendre comment ils évoluent. Dans ce projet nous nous intéressons à deux mécanismes d'isolement dont le rôle dans la diversification du monde animal a été fondamental. Le premier est l'isolement comportemental, qui résulte du choix préférentiel de partenaires conspécifiques pour la reproduction. Un point clef dans ce domaine est de comprendre si et comment ces choix opérés à l'échelle interspécifique sont reliés avec les mécanismes de sélection sexuelle opérant au sein des espèces. Les très rares cas de recherche empirique ayant permis l'analyse des mécanismes comportementaux à ces deux échelles ont produit des résultats décisifs. Il est aujourd'hui primordial d'engager de nouvelles études empiriques au sein de complexes d'espèces permettant d'analyser l'isolement comportemental et la sélection sexuelle simultanément.Le second mécanisme d'isolement auquel nous proposons de nous intéresser est l'isolement post-zygotique. En l'absence d'isolement comportemental strict, les flux de gènes interspécifiques peuvent être limités sous l'effet d'incompatibilités génétiques résultant en une baisse de la viabilité et de la fertilité de la descendance hybride. La recherche dans ce domaine a produit des résultats extrêmement intéressants, allant parfois jusqu'à identifier les gènes impliqués dans l'isolement post-zygotique. Cependant ces avancées sont encore fortement biaisées envers le genre Drosophila, ce qui pour l'instant limite la généralisation des conclusions obtenues. Par ailleurs, de nombreux résultats ont montré que les chromosomes sexuels pourraient jouer un rôle particulier dans l'accumulation et l'expression d'incompatibilités génétiques (et également dans l'isolement pré-zygotique). La recherche dans ce domaine doit tout particulièrement s'intéresser aux espèces dont les femelles sont le sexe hétérogamétique (ZW), une configuration qui est beaucoup moins étudiée que l'hétérogamétie mâle (XY).Nous proposons ici d'étudier simultanément les mécanismes de l'isolement comportemental et post-zygotique dans le complexe d'espèces Jaera albifrons (isopodes marins) à l'aide de croisements expérimentaux et d'analyses moléculaires. Ce complexe a des caractéristiques intéressantes pour l'étude des mécanismes discutés ci-dessus (isolement comportemental, sélection sexuelle mutuelle, viabilité et fertilité hybride partielle, hétérogamétie femelle). Notre premier axe vise à étudier le rôle relatif des mâles et des femelles dans le choix de partenaire à la fois dans le cadre de l'isolement comportementale entre espèces et de la sélection sexuelle intraspécifique. Dans un second axe nous proposons de décrire les patrons d'isolement post-zygotique entre espèces et d'explorer la signature génétique de cet isolement à l'échelle du génome. Nous serons particulièrement attentifs aux patrons associés aux chromosomes sexuels ZW.Ce projet de recherche vise à produire de nouvelles avancées sur l'isolement comportemental et les incompatibilités génétiques au sein d'un système unique, ce qui est un pas décisif vers la compréhension de la mise en place de ces mécanismes et de leur évolution. De plus, ce travail sur un groupe d'invertébrés marins à développement direct et au sein duquel le rôle du comportement peut être étudié sera très complémentaire des études empiriques de la spéciation en environnement marin, essentiellement focalisées sur des organismes à phase larvaire et sans composante comportementale forte dans le processus de spéciation.
Résultats : Le début de notre projet a été dominé par la mise au point techniques de différentes méthodes de travail (conditions d’élevage en laboratoire, faisabilité de croisements expérimentaux, et développement d’outils moléculaires tels qu’un panel de marqueurs microsatellites et l’acquisition d’une méthode de type RAD-seq).
Notre principal résultat à ce jour a été l’identification d’une série de populations présentant un mélange de deux espèces avec des différences de niveau d’hybridation. Nous avons également pu mettre en évidence que différentes régions du génome sont probablement affectée différemment par les flux de gènes inter-spécifiques (d’après la variabilité de patrons obtenus avec les marqueurs microsatellites). Ces résultats sont prometteurs pour l’analyse de genome scan en cours actuellement.
Perspectives : Pendant la période suivante nous allons nous focaliser essentiellement sur les objectifs suivants :
- poursuivre notre analyze des populations avec et sans hybridation
- estimer la force de l’isolement reproductif entre nos espèces partiellement inter-fertiles
- réaliser un scan génomique de la différentiation entre ces deux espèces (toujours en comparant populations avec et sans hybridation).
Publications et brevets : Un article technique présentant le développement de marqueurs microsatellites spécifiques au complexe d’espèces étudié a été soumis pour consideration au journal BMC Research Notes