Flux de gènes et hybridogénèse sociale chez les fourmis moissoneuses du genre Messor

par Arthur Weyna

Projet de thèse en Génétique et génomique

Sous la direction de Sylvain Glemin et de Jonathan Romiguier.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...) , en partenariat avec ISEM - Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (laboratoire) et de Phylogénie et Évolution Moléculaire (equipe de recherche) depuis le 30-09-2018 .


  • Résumé

    La spéciation est un processus progressif dans le temps où deux lignées séparées accumulent des barrières reproductives. Cette accumulation soulève un paradoxe historique en biologie évolutive : comment un processus continu dans le temps peut conduire aux entités discrètes que sont les espèces ? Les biologistes ont longtemps distingué « espèces » et « populations » selon la capacité qu'ont deux lignées à produire des hybrides viables et fertiles, avec un stade intermédiaire où ces lignées divergentes forment des espèces semi-isolées. Si les espèces semi-isolées sont perçu comme un stade transitoire vers un isolement total des espèces, la fourmis moissonneuse barbare Messor barbarus montre un patron évolutif différent où le statut d'espèces semi-isolées semble être stable dans le temps. Ce statut d'espèces semi-isolées est maintenu par le système de reproduction de Messor : l'hybridogénèse sociale. Dans ce système, deux lignées génétiques divergentes co-existent et doivent se croiser pour produire des ouvrières stériles hybrides. La survie d'une colonie, et donc de chacune des deux lignées, dépend donc à la fois de croisements intra-lignées produisant systématiquement des reines, ainsi que de croisements inter-lignées à l'origine de la caste ouvrière. L'hybridogénèse sociale est apparue de manière indépendante au moins trois fois chez Messor, mais on connaît peu les modalités de son apparition ainsi que les mécanismes qui la maintiennent. Afin de répondre à ces questions, nous proposons de reconstruire l'histoire évolutive des différentes lignées de Messor. À partir de données génomiques, nous allons notamment explorer par des méthodes phylogénomique et de type ABC (Approximate Bayesian Computation) l'évolution des flux de gènes entre les lignées divergentes de Messor. Nous allons également explorer à plus large échelle dans la phylogénie des fourmis si il existe des occurrences d'hybridogénèse sociale non-détectées pour le moment. En cartographiant ainsi dans un contexte populationnel et phylogénétique les flux de gènes entre des lignées génétiques mettant à mal nos concepts d'espèces chez les animaux, nous espérons pouvoir mieux comprendre et généraliser les modalités du processus de spéciation.

  • Titre traduit

    Gene flow and social hybridogenesis in Messor harvester ants


  • Résumé

    Speciation is a continuous process in which two separate lineages accumulate reproductive barriers. This accumulation raises a historical paradox in evolutionary biology: how can a continuous process in time leads to the discrete entities that are species? Biologists have long distinguished 'species' and 'populations' according to the ability of two lineages to produce viable and fertile hybrids, with an intermediate stage where these divergent lineages form semi-isolated species. While semi-isolated species are perceived as a transitional stage towards complete isolation of species, the harvester ant Messor barbarus shows a different evolutionary pattern where the status of semi-isolated species appears to be stable over time. This status of semi-isolated species is maintained by their reproductive system: social hybridogenesis. In this system, two divergent genetic lineages co-exist and can form hybrids that will be sterile workers. The survival of a colony depends on both intralineage matings producing strongly divergent queens and interlineage matings producing the worker caste. Social hybridogenesis has appeared independently at least three times in Messor, but little is known about how its origin and the mechanisms that maintain it. In order to answer these questions, we propose to reconstruct the evolutionary history of the different Messor lineages. Using genomic data, we will explore the evolution of gene flows between divergent Messor lineages using phylogenomics and ABC (Approximate Bayesian Computation) methods. We will also explore on a larger scale in the ant phylogeny whether there are instances of undetected social hybridogenesis. By mapping in a population genetic and phylogenetic context the gene flows between genetic lineages that undermine our concepts of species in animals, we hope to be able to better understand and generalize how speciation occurs.