Mécanismes d’adaptation à l’environnement des populations d'Anopheles funestus, vecteur de Plasmodium, au Cameroun

par Diego Ayala Gonzalez

Thèse de doctorat en Biologie des populations et écologie

Sous la direction de Didier Fontenille et de Frédéric Simard.

Soutenue en 2008

à Montpellier 2 .


  • Résumé

    La diversité environnementale affecte la distribution et l'abondance des espèces dans la nature. La capacité d'une espèce à se propager à travers les différents habitats et à s'établir affectera le flux de gènes entre les populations et agira en tant que force évolutive dans les processus de spéciation et d'adaptation. Les vecteurs afro-tropicaux du paludisme, du genre Anopheles, représentent un modèle de choix pour explorer la génétique de l'adaptation à l'environnement et pour évaluer le rôle de la divergence écologique dans les processus de spéciation. Comprendre leur dynamique évolutive est une condition fondamentale pour le développement et la mise en œuvre de programmes de contrôle efficaces de la maladie, visant l'arrêt de la transmission du parasite à long terme. Les vecteurs Anopheles gambiae et Anopheles funestus sont capables de coloniser un large éventail d'habitats en Afrique subsaharienne. Cette distribution ubiquiste est reflétée, au niveau génétique, par un très grand polymorphisme chromosomique. Les inversions chromosomiques paracentriques ne sont pas distribuées aléatoirement parmi les populations de chacune des espèces, et leur rôle dans les processus de divergence et de spéciation écologique fait l'objet d'interrogations. Ici, nous présentons une étude détaillée sur l'importance écologique et la valeur adaptative des polymorphismes chromosomiques, principalement chez An. Funestus, vecteur longtemps négligé. A partir d'un échantillonnage ad hoc, nous avons modélisé pour la première fois la niche écologique des espèces vectrices au Cameroun, un pays d'Afrique Centrale possédant une grande diversité d'écosystèmes fortement contrastés. En utilisant des données de présence-seulement, nous avons effectué une analyse factorielle de la niche écologique (ENFA) s'appuyant sur système d'information géographique (SIG) pour explorer les conditions écologiques favorables à An. Funestus et comparer sa niche écologique à celle d'An. Gambiae et d'autres espèces vectrices. Des analyses canoniques de correspondances (CCA) nous ont également permis de montrer que la niche écologique dépend étroitement des arrangements chromosomiques chez An. Gambiae et An. Funestus, et nous avons interprété ces résultats comme indicatifs de « synténie écologique ». Nous avons montré que la distribution des inversions chromosomiques chez An. Funestus est fortement structurée selon les différents écosystèmes au Cameroun, contrairement à une faible structuration génétique décrite par les marqueurs moléculaires neutres. Ces résultats sont en accord avec un impact fort de la sélection environnementale sur les inversions, soutenant le rôle adaptatif de ces polymorphismes. Nos résultats démontrent également que les inversions chromosomiques ne sont pas responsables de l'isolement reproducteur, bien qu'elles puissent contribuer au processus de spéciation en favorisant l'accouplement préférentiel entre individus porteurs des mêmes arrangements chromosomiques. L'effet phénotypique du polymorphisme chromosomique a été étudié en comparant la taille et la forme des ailes des femelles de karyotype connu dans différents domaines écologiques du Cameroun. Nos résultats mettent en lumière le potentiel adaptatif des vecteurs de Palsmodium en Afrique et ses bases génétiques et biologiques. Les conséquences sont discutées dans le cadre des changements climatiques et démographiques globaux qui sont susceptibles d'affecter l'épidémiologie du paludisme dans tout le continent

  • Titre traduit

    Ecological Adaptation in the malaria vector, Anopheles funestus in Cameroon


  • Résumé

    The diversity of environmental settings affects species distribution and abundance in nature. The species ability to spread across different habitats and to become established will affect gene flow between populations and act as an evolutionary force in speciation and adaptation. Major afrotropical malaria vectors within the genus Anopheles represent a emerging model to explore the genetics of ecological adaptation and to assess the role of ecological divergence in the speciation process. Moreover, a clear understanding of the evolutionary dynamics of these deadly pests is a requisite for the development and implementation of efficient disease control programs aiming at disrupting parasite transmission. The malaria mosquitoes Anopheles gambiae and An. Funestus are able to colonize a wide range of ecological settings in sub-Saharan Africa. This ubiquity is reflected, at the genetic level, by a large amount of chromosomal polymorphism. Polymorphic paracentric chromosomal inversions are non-randomly distributed among and between geographical populations within each species, and their role in promoting ecological divergence and speciation has been questioned. Here, we present in-depth investigations of the ecological relevance and adaptive value of chromosomal polymorphisms, with a major focus on the poorly documented An. Funestus. Based on ad-hoc sampling, we first modeled the ecological niche of the species in Cameroon, a country in Central Africa with highly contrasted environmental settings. Using presence-only data, we implemented an Ecological Niche Factor Analysis (ENFA) within a Geographic Information System (GIS) framework to explore the ecological requirements of An. Funestus and compared its realized ecological niche to those of An. Gambiae and other common vector species. Through Canonical Correspondence Analyses (CCA), we provided evidence that the realized ecological niche is dependant upon chromosomal inversions arrangements in both An. Gambiae and An. Funestus, and interpreted our findings as indicative of “ecological synteny”. We show that the distribution of chromosomal inversions in An. Funestus is highly structured among ecological domains in Cameroon, in sharp contrast with a shallow population genetic structure depicted by neutral molecular markers. These results are in agreement with a strong impact of environmental selection on inversions, supporting the adaptive value of these polymorphisms. However, our findings also demonstrate that common polymorphic inversions alone are not involved in reproductive isolation, although they might contribute to the process of speciation by promoting assortative mating between carriers of alternative chromosomal arrangements. The phenotypic effect of chromosomal polymorphism was further investigated by comparing wing size and shape of karyotyped females across the distinct ecological domains in Cameroon. Our results shed light on the adaptive potential of major malaria vectors in Africa and their underlying genetic and biological determinants. Their implications are discussed in the context of global climatologic and demographic changes that are likely to impact to a considerable extent on the epidemiology of malaria throughout the continent

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  • Détails : 1 vol. (498 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 475-498. Annexes

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  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 2008.MON-217
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