Impacts du réchauffement climatique sur la distribution géographique des insectes et mise en place des adaptations locales : cas d'un parasitoïde de drosophiles dans le sud-est de la France

Impacts of climate change on the geographical distribution of insects and establishment of local adaptations : case of a Drosophila parasitoid in the south-east of France

• Auteur / Autrice : Émilie Delava
• Direction : Frédéric Fleury, Patricia Gibert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie écologie
• Date : Soutenance le 13/12/2013
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive
• Jury : Président / Présidente : Christophe Douady
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Després
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Prévost, Thierry Hance, Carlos Lopez Vaamonde

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité phénotypique

Poïkilothermes

Biogéographie

Réchauffement de la Terre

Mots clés libres

Réchauffement climatique

Changement d'aire de répartition géographique

Ectotherme

Tolérance thermique

Adaptation génétique

Interactions génotype-environnement

Plasticité phénotypique

Modèle de distribution d'espèces

Global warning

Geographical range shift

Ectothermic

Thermal tolerance

Genetic adaptation

Genotype-by-environment interactions

Phenotypic plasticity

Species distribution models

Résumé

Prédire les réponses de la biodiversité aux changements climatiques anthropiques est devenu un champ de recherche avec des enjeux scientifiques et sociétaux majeurs. Mon travail de thèse a consisté à évaluer les impacts du réchauffement climatique sur un parasitoïde de drosophiles, Leptopilina boulardi, à une petite échelle géographique, le sud-est de la France. L'objectif était non seulement d'examiner l'évolution de la distribution du parasitoïde en réponse à une hausse des températures qu'il fallait préciser à cette échelle géographique, mais aussi d'appréhender les adaptations mises en place dans la zone de progression de l'espèce. Dans un premier temps, l'analyse de données d'échantillonnages et de données météorologiques m'ont permis de mettre en évidence une rapide expansion de l'aire de répartition du parasitoïde vers le nord, à un taux moyen de 90km/décennie, simultanément à une augmentation moyenne de la température de 1,57°C ces 30 dernières années, dans l'aire d'étude. Après avoir identifié les principaux facteurs environnementaux, structurant la répartition spatiale de L. boulardi, j'ai modélisé sa distribution potentielle dans le sud-est de la France, sous conditions climatiques actuelles et pour 2050, pour deux scénarios d'émission de CO2. En 2050, la distribution géographique de L. boulardi devrait considérablement s'étendre vers le nord sous l'effet des changements climatiques. Ensuite, en mesurant plusieurs traits d'histoire de vie selon 4 régimes thermiques fluctuants, j'ai montré que les populations de L. boulardi situées en limite d'aire de répartition sont génétiquement différenciées de celles situées dans l'aire centrale de répartition. Le fait que les populations marginales aient une valeur sélective plus importante à faible température suggère une adaptation locale des parasitoïdes dans la zone de progression de l'aire de répartition. La dernière partie de ce travail de thèse a pour objectif de mieux comprendre le processus de colonisation de L. boulardi. Pour cela, j'ai entrepris le développement de marqueurs RAD-sequencing sur 15 populations de cette espèce, distribuées le long d'un cline de latitude dans le sud-est de la France. Les nombreuses données issues du séquençage Illumina me permettront de connaître la structuration génétique de ces populations. L'ensemble de ces résultats obtenus au cours de ma thèse révèlent la force avec laquelle les changements climatiques peuvent impacter les espèces, principalement celles de haut niveau trophique, en provoquant des changements très rapide de distribution et des modifications génotypiques et phénotypiques permettant une meilleure adaptation locale

Predicting biodiversity responses to anthropogenic climate change has become a field of research with major scientific and societal issues. The main goal of my thesis was to evaluate the impacts of global warming on a Drosophila parasitoid, Leptopilina boulardi, at a small geographical scale, the South-East of France. The aim was not only to examine the change in the distribution of the parasitoid in response to rising temperatures, but also to understand the adaptations associated with this change. First, the analysis of insect sampling and meteorological data allowed me to demonstrate a rapid expansion of the parasitoid range to the north with an average rate of 90km/decade as well as a simultaneous temperature increase of 1.57°C on average over the past 30 years in the studied area. Following the identification of the main environmental factors structuring the spatial distribution of L. boulardi, I fitted a model predicting its potential distribution in the south-east of France, under the current climate and in 2050, for two CO2 emission scenarios. In 2050, the geographical distribution of L. boulardi should significantly extend northward as a result of climate change. Then, by measuring several life history traits under four fluctuating temperature regimes, I have shown that populations of L. boulardi located on the border of the range are genetically differentiated from those in the central range. The fact that marginal populations have a greater fitness at low temperature suggests local adaptation of parasitoids in the area of progression of range. The last part of this thesis aimed to better understand the process of colonization of L. boulardi. For this, I undertook the development of RAD-sequencing markers to genotype 15 populations of this species distributed along a cline of latitude in the southeast of France. Numerous data from Illumina sequencing will allow me to characterize the genetic structure of the populations. All the results obtained in my thesis highlight the force with which climate change may impact species, in particular those of high trophic level, causing rapid changes in distribution along with genotypic and phenotypic changes underlying local adaptation