Molecular ecology of the African tropical forest ecosystem

L’objectif de ce projet est de réaliser l’étude d’écologie moléculaire, non pas d’une espèce isolée, mais d’un groupe fonctionnel. Dans l’écosystème forestier africain, certaines espèces sont caractéristiques de la forêt, d’autres de la savane, et ont connu des phases d’expansion et de régression au cours des changements climatiques du quaternaire. Leur génome a-t-il enregistré un signal commun de l’histoire démographique qui en a résulté ? J’ai travaillé sur 9 espèces du genre Zaprionus (Drosophilidae). J’ai obtenu pour six d’entre elles un jeu de données complet comprenant deux échantillonnages populationnels N=20 (15 dans un cas) pour 10 gènes nucléaires et un gène mitochondrial. J’ai cherché la trace d’expansions démographiques en utilisant le DT de Tajima, le FS de Fu, la distribution mismatch. Avec les horloges moléculaires disponibles, l’histoire démographique de chaque espèce a été explorée par des méthodes bayésiennes sous BEAST (ADN mitochondrial) ou dans un modèle avec recombinaison utilisant FastSimCoal (ADN nucléaire). Cinq espèces d’affinités forestières présentent la signature d’une expansion de population. C’est le cas de Z. aff. proximus, Z. davidi, Z. sepsoides, Z. taronus et Z. vittiger. Une sixième espèce, Z. indianus, semble avoir une histoire démographique plus complexe ce qui serait compatible avec son écologie savanicole. Les délais imposés par la lourdeur des outils numériques disponibles ont limité à ce stade l’exploitation complète de ces données. En conclusion, le génome de toutes les espèces, de savane ou de forêt, porte la signature des changements climatiques passés. Ceci valide les prémisses de notre approche d’une "génomique des écosystèmes".The aim of this project was to carry out a molecular ecology study, not only on a single species, but on a whole functional group. In the africain forest ecosystem, some species are typical of the forest while others are typical of the savanna, and have undergone stages of expansion and regression during Quaternary climate changes. Do their genomes share a common signature of the ensuing demographic history? I worked on nine species from the Zaprionus genus (Drosophilidae). For six species, I was able to gather a complete dataset including two population samples of N=20 (15 in one case) for 10 nuclear genes and one mitochondrial gene. I investigated the signature of population expansion by using Tajima’s DT, Fu’s FS, and the mismatch distribution. The demographic history of each species was investigated using Bayesian methods including BEAST (for mtDNA) and a recombination model using FastSimCoal (for nuclear DNA), with available molecular clocks. Five forest-dwelling species show the signature of a population expansion: Z. aff. proximus, Z. davidi, Z. sepsoides, Z. taronus et Z. vittiger. A sixth species, Z. indianus, shows a more complex history in agreement with its dependence on savanna. The completion of the analysis of the whole dataset was precluded by the time-consuming numerical procedures involved. To conclude, the genome of all of these species – either form savanna of from the forest – shows the signature of past climatic changes, thus validating an "ecosystem genomics" approach