Les impacts de la dispersion historique sur la variabilité génétique à différentes échelles spatiales : connaître l'histoire pour mieux comprendre le présent

La variabilité génétique actuelle est influencée par une combinaison complexe de variables historiques et contemporaines. Dès lors, une interprétation juste de l’impact des processus actuels nécessite une compréhension profonde des processus historiques ayant influencé la variabilité génétique. En se basant sur la prémisse que des populations proches devraient partager une histoire commune récente, nombreuses études, effectuées à petite échelle spatiale, ne prennent pas en considération l’effet potentiel des processus historiques. Cette thèse avait pour but de vérifier la validité de cette prémisse en estimant l’effet de la dispersion historique à grande et à petite échelle spatiale. Le premier volet de cette thèse avait pour but d’évaluer l’impact de la dispersion historique sur la répartition des organismes à grande échelle spatiale. Pour ce faire, les moules d’eau douce du genre flotteurs (Pyganodon spp.) ont servies de modèle biologique. Les moules d'eau douce se dispersent principalement au stade larvaire en tant que parasites des poissons. Une série de modèles nuls ont été développés pour évaluer la co-occurrence entre des parasites et leurs hôtes potenitels. Les associations distinctes du flotteur de Terre-Neuve (P. fragilis) avec des espèces de poissons euryhalins permettent d’expliquer sa répartition. Ces associations distinctes ont également pu favoriser la différenciation entre le flotteur de Terre-Neuve et son taxon soeur : le flotteur de l’Est (P. cataracta). Cette étude a démontré les effets des associations biologiques historiques sur les répartitions à grande échelle spatiale. Le second volet de cette thèse avait pour but d’évaluer l’impact de la dispersion historique sur la variabilité génétique, à petite échelle spatiale. Cette fois, différentes populations de crapet de roche (Ambloplites rupestris) et de crapet soleil (Lepomis gibbosus), dans des drainages adjacents ont servies de modèle biologique. Les différences frappantes observées entre les deux espèces suggèrent des patrons de colonisation opposés. La faible diversité génétique observée en amont des drainages et la forte différenciation observée entre les drainages pour les populations de crapet de roche suggèrent que cette espèce aurait colonisé les drainages à partir d'une source en aval. Au contraire, la faible différenciation et la forte diversité génétique observées en amont des drainages pour les populations de crapet soleil suggèrent une colonisation depuis l’amont, induisant du même coup un faux signal de flux génique entre les drainages. La présente étude a démontré que la dispersion historique peut entraver la capacité d'estimer la connectivité actuelle, à petite échelle spatiale, invalidant ainsi la prémisse testée dans cette thèse. Les impacts des processus historiques sur la variabilité génétique ne sont pas faciles à démontrer. Le troisième volet de cette thèse avait pour but de développer une méthode permettant de les détecter. La méthode proposée est très souple et favorise la comparaison entre la variabilité génétique et plusieurs hypothèses de dispersion. La méthode pourrait donc être utilisée pour comparer des hypothèses de dispersion basées sur le paysage historique et sur le paysage actuel et ainsi permettre l’évaluation des impacts historiques et contemporains sur la variabilité génétique. Les performances de la méthode sont présentées pour plusieurs scénarios de simulations, d’une complexité croissante. Malgré un impact de la différentiation globale, du nombre d’individus ou du nombre de loci échantillonné, la méthode apparaît hautement efficace. Afin d’illustrer le potentiel de la méthode, deux jeux de données empiriques très contrastés, publiés précédemment, ont été ré analysés. Cette thèse a démontré les impacts de la dispersion historique sur la variabilité génétique à différentes échelles spatiales. Les effets historiques potentiels doivent être pris en considération avant d’évaluer les impacts des processus écologiques sur la variabilité génétique. Bref, il faut intégrer l’évolution à l’écologie. Current genetic variability depends on a complex combination of historical and contemporary factors. Therefore, an unbiased interpretation of the impact of current processes requires a deep understanding of historical processes that shaped genetic variability. Based on the premise that spatially close populations should share a common recent history, many studies conducted at small spatial scale do not take into account the effect of historical processes. This thesis aims to verify the validity of this assumption by estimating the effect of historical dispersion at large and small spatial scales. The aim of the first part of this thesis was to evaluate the impact of the historical dispersion on the distribution of organisms, at large spatial scale. The freshwater mussels of the genus Floater (Pyganodon spp.) were used as biological model. The dispersal of freshwater mussels occurs when larvae parasitize fish. Also, a series of null models has been developed to evaluate the co-occurrence between parasites and their hosts. The distinct associations of the Newfoundland floater (P. fragilis) with euryhaline fish species can explain its distribution. These associations also promoted differentiation with its sister taxon: the Eastern floater (P. cataracta). This study demonstrated the effects of historical biological associations on the current distribution of species at a large spatial scale. The aim of the second part of this thesis was to evaluate the impact of historical dispersal on the genetic variability, at small spatial scale. This time populations of rock bass (Ambloplites rupestris) and sunfish (Lepomis gibbosus) in adjacent drainages were used as biological model. The striking differences observed between the two species suggest opposing colonization patterns. Rock bass have colonized the drainage from a downstream source, resulting in low genetic diversity upstream and a strong differentiation between drainages. However, the sunfish have colonized the system from upstream, resulting in a high genetic diversity and low differentiation upstream, inducing at the same time a false signal of gene flow between drainages. The present study shows that the historical dispersion may hinder the ability to estimate the actual connectivity at small spatial scale, thus invalidating the premise tested in this thesis. The impacts of historical processes on genetic variability are not easy to demonstrate. The aim of the third part of this thesis was to develop a method to facilitate their detection. The proposed method is very flexible and facilitates the comparison between genetic variability and multiple dispersal hypotheses. The method could be used to compare dispersal hypotheses based on the historic or the current landscape and allow the assessment of historical and contemporary processes on genetic variability. The performances of the method are presented in several simulation scenarios, of increasing complexity. Despite an overall impact of differentiation, the number of individuals or the number of loci sampled, the method is highly effective. To illustrate the potential of the method, two contrasted data sets from previously published studies, were re-analyzed. This thesis demonstrates the impacts of historical dispersal on genetic variability at different spatial scales. Potential historical effects must be taken into account before assessing the impacts of ecological processes on genetic variability. In short, we must bridge the gap between ecology and evolution.

Keyphrases: Patrons de colonisation, Dispersion historique, génétique du paysage, connectivité, associations biologiques, réseau génétique, Patterns of colonization, historical dispersion, Landscape genetics, connectivity, biological associations, genetic network