Characterization of Sundaland ichthyofauna through DNA barcodes : a case study in Java island

Caractérisation de l'ichtyofaune du plateau de la sonde par l'approche de code-barre ADN : une étude de cas sur l'île de Java

• Auteur / Autrice : Hadi Dahruddin
• Direction : Jean-François Agnese
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'évolution et de la Biodiversité
• Date : Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Keith
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Agnese, Philippe Keith, Anne Chenuil, Bernard Hugueny, Nicolas Hubert, Sophie Arnaud-Haond
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Chenuil, Bernard Hugueny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie marine

Phylogéographie

Biodiversité aquatique

Mots clés libres

Biogéographie

Taxonomie

Espèces cryptiques

Phylogéographie

Biogeography

Taxonomy

Cryptic species

Phylogeography

Résumé

L'archipel indonésien abrite 1218 espèces de poissons d'eau douce disséminées sur 14 000 îles. Englobant trois ensembles géographiques majeurs (Sundaland, Wallacea, Sahul) séparés par deux transitions faunistiques majeures (lignes de Wallace et de Lyddeker), les îles indonésiennes présentent des niveaux hétérogènes de richesse spécifique résultant de divers antécédents géologiques et paléoécologiques. Sundaland abrite 68% du nombre total d’espèces de poissons d’eau douce et constitue l’une des faunes les plus menacées au monde. Contrairement à Wallacea qui résulte d'une mise en place précoce par subduction autour de 40 Mya, Sundaland (Bornéo, Sumatra et Java) a acquis sa configuration moderne au cours des 5 derniers Mya grâce à une combinaison de fragmentation continentale et de subduction. L’état alarmant de l’ichtyodiversité de Sundaland, associé à des lacunes importantes en matière de taxonomie et de connaissances de la distribution des espèces, plaide en faveur d’une réinterprétation moderne au moyen de méthodes standardisées et basées sur l’ADN. L'ichtyodiversité de Java, en particulier, est la plus menacée et la moins connue de Sundaland. Cette thèse vise à répondre à deux questions principales: (1) Les code-barres ADN constituent-ils une approche appropriée pour caractériser l'ichtyodiversité de Java? (2) L’histoire géologique et paléoécologique de Java est-elle un bon prédicteur des profils de diversité et de la structure génétique de la population? Les principaux résultats obtenus sont les suivants: 1) d’importants écarts entre la liste de référence des poissons d’eau douce de Java fondée sur des données historiques et une réévaluation moderne au moyen de code-barres à ADN. Les raisons invoquées sont le biais taxonomique lié à l'inventaire interrompu de l'ichthyofaune de Java au cours des 3 derniers siècles et la raréfaction de plusieurs espèces ciblées par la pêche artisanale. (2) Une réévaluation basée sur l’ADN des limites et de la distribution des espèces pour les genres Nemacheilus et Rasbora a indiqué deux nouveaux taxons, plusieurs cas de diversité cryptique et plusieurs cas d’attribution erronée de populations aux niveaux de l’espèce. Les aires de distribution des espèces semblent être beaucoup plus limitées que considéré précédemment et questionne les modalités de persistance des espèces dans des paysages en mutation. (3) Une évaluation basée sur l'ADN, grace aux code-barres ADN, de la structure génétique des populations de trois espèces largement répandues à Java met en évidence des niveaux élevés de diversité cryptique et des divergences génétiques profondes entre lignées mitochondriales géographiquement restreintes et ne se chevauchant pas. Conformément à une fragmentation liée à la montée des arcs volcaniques à Java qui a entraîné un déclin à long terme de la taille effective de la population, cette tendance plaide en faveur du statut de conservation sensible de ces lignées mitochondriales. Les résultats présentés ici soulignent les avantages d'utiliser une approche standardisée et basée sur l'ADN pour la caractérisation rapide d'une faune mal connue et ouvrir de nouvelles perspectives pour la conservation de l'ichtyofaune de Java et de Bali.

The Indonesian archipelago hosts 1218 freshwater fish species disseminated across 14,000 islands. Encompassing three majors geographic assemblages (Sundaland, Wallacea, Sahul) separated by two majors faunistic transitions (Wallace and Lyddeker lines), Indonesian islands display heterogeneous levels of species richness resulting from diverse geological and paleoecological histories. Sundaland itself hosts 68% of the total number of freshwater fish species and constitutes one of the world’s most endangered fauna worldwide. By contrast with Wallacea that results from an early settlement through subduction around 40 Mya, Sundaland (Borneo, Sumatra and Java) has acquired its modern configuration during the last 5 Mya through a combination of continental fragmentation and subduction. The alarming state of Sundaland ichthyodiversity, combined with major taxonomy and distribution knowedge gaps, urges for a modern reapparaisal through standardized DNA-based methods. The ichtyodiversity of Java in particular, is the most threatened and the less known of Sundaland. This dissertation aims at addressing two main questions: (1) Is DNA barcoding a suitable approach to characterize the ichthyodiversity of Java? (2) Is the geological and paeloecological history of Java a good predictor of diversity patterns and population genetic structure? The main results evidence: (1) large discrepancies between the checklist of the Java freshwater fishes based on historical records and a modern re-appraisal through DNA barcodes. Reasons invoqued are the taxonomic bias related to the interrupted inventory of Java ichthyofauna during the last 3 centuries and the rarefaction of several species targeted by artisanal fisheries. (2) A DNA-based reappraisal of species boundaries and distribution for the genera Nemacheilus and Rasbora indicated two new taxa, several cases of cryptic diversity and several cases of wrong assignement of populations to the species levels. Species range distributions appear to be much more restricted than previously thoughts and question the persistence of these species in changing landscapes. (3) A DNA-based assessment through DNA barcodes of the population genetic structure of three widespread species in Java evidences high levels of cryptic diversity and deep genetic divergences among geographically restricted and non-overlapping mitochondrial lineages. Consistent with a fragmentation related to the rise of volcanic arches in Java that prompted a long-term declines of historical effective population size, this pattern argue for the sensitive conservation status of these mitochondrial lineages. The results presented here highlights the benefits of using a standardized DNA-based approach for the fast characterization of a poorly known fauna and open new perspectives in the conservation of the ichtyofauna of Java and Bali.