Systématique, phylogénie et évolution moléculaires des Phyllostomidae (Mammalia, Chiroptera) : une approche mitogénomique comparative

par Fidel Botero-Castro

Thèse de doctorat en Evolution, Ecologie, Ressources génétiques, Paléontologie

Sous la direction de Emmanuel Douzery et de Frédéric Delsuc.

Le président du jury était Christophe Douady.

Le jury était composé de Emmanuel Douzery, Frédéric Delsuc, Christophe Douady, Emma Teeling, Alexandre Hassanin.

Les rapporteurs étaient Christophe Douady, Emma Teeling.


  • Résumé

    L'acquisition des données moléculaires a été bouleversée par le développement des techniques de séquençage haut-débit. Celles-ci ont augmenté la quantité des données et ont fait diminuer le coût de manière considérable. Ces nouvelles approches ont également redonné accès à des sources de matériel biologique qui étaient auparavant inutilisables en raison de la faible quantité et la forte dégradation de l'ADN qu'elles fournissent, notamment des tissus anciens, des échantillons de musée voire du matériel fossile. Un avantage supplémentaire c'est la possibilité de multiplexer les échantillons, c'est-à-dire, les mélanger et les séquencer simultanément grâce à l'utilisation de « tags » ou étiquettes permettant de les séparer après avec des outils bioinformatiques. Un marqueur qui a grandement bénéficié de ces technologies est le génome mitochondrial. En effet, nous montrons que grâce au ratio élevé entre l'ADN mitochondrial et l'ADN nucléaire par cellule, il est possible l'obtention de mitogénomes entiers, avec de couvertures adéquates, sans qu'un enrichissement préalable de l'échantillon soit nécessaire. Ceci permet d'envisager la réalisation de projets de mitogénomique comparative pour de groupes riches en espèces, requérant un échantillonnage taxonomique exhaustif et dont les divergences génétiques rendrait difficile l'usage du séquençage classique. C'est dans ce contexte que cette thèse aborde la systématique, la phylogénie et l'évolution moléculaires d'une famille de chauves-souris néotropicales : les Phyllostomidae. Cette famille est riche en espèces, avec plus de 160 taxons mais aussi en traits d'histoire de vie contrastés notamment le régime alimentaire. Cette diversité résulte en des morphologies convergentes dont les caractères sont en conséquence peu appropriés pour reconstruire l'histoire évolutive de ce groupe. La mitogénomique a prouvé être un outil efficace dans ce dessein, mais à présent aucune étude de ce type a été conduite pour cette famille. Nous avons d'abord réussi à séquencer les mitogénomes de représentants de toutes les lignées majeures couvrant également la diversité de traits d'histoire de vie. Nous montrons ensuite que l'utilisation de ces mitogénomes permet de résoudre les relations de parenté au niveau intrafamilial avec une résolution similaire à celle d'une concaténation de marqueurs mitochondriaux et nucléaires avec un soutien statistique robuste pour la plupart des nœuds de la phylogénie. Ceci nous a permis de clarifier plusieurs relations qui restaient controversées dans des études précédentes et confirmer plusieurs des clades proposés par celles-ci. Ensuite, nous abordons l'évolution du mitogénome en relation avec les traits d'histoire de vie en utilisant comme exemple le clade des vampires, les seules Mammifères hématophages, dont le génome mitochondrial semble avoir été touché par une accélération du taux d'évolution comme conséquence de l'action combinée de forces neutres et sélectives pour répondre aux contraintes imposées par ce régime alimentaire. Finalement, le cadre phylogénétique robuste proportionné par les 100 mitogénomes que nous avons séquencés pourra être utilisé comme référence pour étudier la diversification des Phyllostomidae.

  • Titre traduit

    Molecular systematics, phylogenetics and evolution of Phyllostomid bats (Mammalia, Chiroptera) : a mitogenomic approach using high-throughput sequencing technologies


  • Résumé

    New sequencing technologies have revolutionized the acquisition of molecular data by increasing the amount of sequences at a considerably lower cost. These new technologies have also given access to samples previously neglected because they resulted in low-quantity and degraded DNA yields, as for example, old tissues, museum specimens and even fossil rests. An additional advantage comes from the possibility of multiplexing; this is, mixing several taxa in a single sample thanks to the use of tags or labels allowing late separating the sequences using bioinformatic tools. A molecular marker that has greatly benefited from these technologies is the mitochondrial genome. Indeed, we show that, thanks to the high per-cell ratio of mitochondrial to nuclear DNA, it's possible to obtain whole well-covered mitochondrial genomes without previous sample enrichment. This allows the accomplishment of projects of comparative mitogenomics for species-rich groups needing exhaustive taxon sampling and for which strong genetic divergences would difficult the use of classical sequencing.It is in this context that this thesis tackles the molecular systematics, phylogenetics and evolution of a Neotropical family of bats: the Phyllostomidae. This species-rich family, accounting for more than 160 species, is also the family of Mammals with the highest diversity of life history traits, for example, feeding on almost every possible source of food. This diversity results in convergent morphologies that make this kind of characters inadequate for reconstructing the evolutionary history of this group. Mitogenomics has proven useful in similar cases but no study of this kind has been conducted for this family. We got to sequence whole mitogenomes for representatives of all major lineages and covering the diversity of life history traits. We then show that using these mitogenomes allows solving intrafamilial relationships with a resolution similar to that resulting from a concatenation of mitochondrial and nuclear markers and with solid statistical support for most of the nodes of the phylogeny. This allowed clarifying several controversial relationships and confirming several clades proposed in previous studies. Next, we illustrate the evolution of mitogenomes and the influence of life history traits using the clade of vampire bats, the only hematophagous Mammals, whose mitogenome seem to have undergone an acceleration of evolutionary rate as a consequence of the combined action of neutral and selective forces in order to counter the constraints imposed by this feeding habit. Finally, the robust phylogenetic frame provided by the 100 mitogenomes that we sequenced, will be used for future studies about, for exemple, the diversification process of Phyllostomids.


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