Multi-species phylogeographic investigations in closely-related taxa and mutualistic plant-insect systems

La phylogéographie se définit comme l’étude des processus historiques responsables de la distribution géographique actuelle des individus et des lignées génétiques. Etudier les espèces dans l’espace et dans le temps sur la base d’approches combinant la génétique et l’écologie représente un fantastique défi pour la biologie de l’évolution. En Europe, mais aussi ailleurs dans le monde, de telles approches ont été appliquées à de nombreux organismes, mais jusqu’ici la plupart de ces études n’ont toutefois été faites qu’au niveau d’espèces uniques. Le moment est donc venu de développer des études regroupant plusieurs espèces à la fois dans le domaine nouveau de la phylogéographie comparée, en utilisant par exemple des taxons très proches, ou alors des organismes interdépendants au sein de fortes interactions écologiques. Les espèces sélectionnées pour ce travail couvrent une large variété de groupes de plantes et d’insectes, tels que des coléoptères alpins, des orchidées de régions tempérées, ainsi que certaines espèces de plantes productrices d’huiles et d’abeilles mutualistes spécialisées dans la récolte de cette huile. Les méthodes d’analyses bio- et phylogéographiques permettant de dévoiler l’histoire des organismes étudiés associent des techniques de pointe telles que le séquençage génétique et le screening génomique, avec des descriptions et des modélisations de niches écologiques. Les principaux résultats obtenus confirment certains paradigmes mis en évidence jusqu’à présent, mais ils amènent également des notions nouvelles. Grâce à une approche globale, combinant les histoires évolutives de plusieurs lignées, les patrons biogéographiques d’une espèce en particulier peuvent être mieux compris en se basant sur les résultats obtenus parallèlement pour des taxons proches, ou pour des partenaires associés écologiquement. Les méthodes utilisées ici ont également permis de tirer des conclusions et d’entrevoir certaines perspectives au-delà de la phylogéographie ou de l’écologie évolutive : des considérations sur la diversité génétique, utiles en biologie de la conservation, ou des problèmes liés à la délimitation des espèces, applicables à la taxonomie, sont quelques uns des domaines additionnels (mais aussi complémentaires) que cette thèse aborde., Phylogeography is the study of historical processes responsible for the contemporary geographic distributions of individuals and gene lineages. Studying species in space and time combining ecology and genetics allows disentangling patterns at the boundary between biogeography, population genetics and evolutionary ecology. As until now in Europe (but also in a very large portion of the World) many organisms have been considered by singlespecies phylogeographic approaches, it is time to develop a multi-species approach in the nascent field of comparative phylogeography, either considering closely-related taxa or organisms involved in tight ecological interactions. In this study, the fate of several species spanning a large variety of insect and plant systems is investigated. Among them are found alpine leaf-beetles, temperate widespread orchids, and mutualistic oil-producing flowers and oil-collecting bees. The methods used to fulfil the bio- and phylogeographic analyses in order to unravel past histories of these associate organisms state-of-the-art methods in genetics and ecology, by combining gene sequencing and genome fingerprinting, with ecological descriptors and niche modelling. Main results obtained confirm several paradigms addressed in the field of classical phylogeography but also bring new insights into the broad picture of phylogeography of European organisms. Thanks to our multi-species approach, the biogeographic patterns of a particular species can be studied in a global framework, including results obtained for related taxa or ecologically associated partners. In addition, the methods used here allow inferring further conclusions and perspectives in other fields: for instance, evaluation of genetic diversity indices useful in conservation biology, or analytical elements about species delimitation applicable to taxonomy, represent some of the supplementary (but also complementary) topics addressed in this thesis.

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2010