Thèse le Rôle des Chromosomes Sexuels dans la Spéciation. Apports de la Diversité de Chromosomes Sexuels et de Mécanismes de Déterminisme du Sexe chez les Squamates. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : CEFE - Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive
Direction de la thèse : Pierre-andré CROCHET ORCID 0000000204223960
Début de la thèse : 2026-11-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

La spéciation repose sur l'évolution de barrières génétiques limitant la reproduction entre populations. Ces barrières peuvent émerger de deux façons : par accumulation progressive de différences génétiques mineures, entraînant des incompatibilités chez les hybrides en raison de la perte de complémentarité entre allèles ou par quelques gènes à effet majeur (« gènes de spéciation »), ou de régions génomiques spécifiques, comme les chromosomes sexuels. Les réarrangements chromosomiques peuvent aussi jouer un rôle, mais leur importance reste mal comprise.
Les chromosomes sexuels (X/Y ou Z/W) sont des zones privilégiées pour l'isolement reproducteur, en raison de la recombinaison réduite entre chromosomes sexuels, favorisant leur divergence, de hémizygosité chez l'un des sexes, exposant les allèles délétères et de pressions de sélection spécifiques liées aux traits sexuels. Ces caractéristiques pourraient expliquer deux règles empiriques, la règle de Haldane (fitness réduite chez les hybrides du sexe hétérogamétique) et les Large Sex Chromosome Effects (LSCE, effet disproportionné des chromosomes sexuels sur la réduction de fitness des hybrides). Cependant, des explications alternatives existent, comme des pressions de sélection propres à chaque sexe, indépendamment des chromosomes sexuels.
Les LSCE ont été démontrés chez des organismes modèles (ex. Drosophila), mais les preuves chez les non-modèles restent indirectes, par exemple une différenciation accrue ou une introgression limitée des chromosomes sexuels par rapport aux autosomes. De plus, les preuves empiriques se concentrent sur des groupes à chromosomes sexuels fortement différenciés (mammifères, oiseaux), limitant la généralisation des LSCE.
Contrairement aux mammifères ou oiseaux, les squamates (lézards, serpents) offrent une diversité unique. D'une part, ils présentent des systèmes de détermination du sexe variés : génétique (chromosomes sexuels) ou environnementale (température). De plus, quand ils existent, leurs chromosomes sexuels montrent des degrés de différenciation variables : certains clades (ex. geckos) ont des chromosomes sexuels peu différenciés, tandis que d'autres (ex. serpents, lacertidés) présentent des chromosomes Z/W fortement différenciés, apparus indépendamment il y a plus de 60 millions d'années. Enfin, on observe une forte variabilité morphologique des chromosomes sexuels chez les lacertidés, suggérant un rôle potentiel des réarrangements chromosomiques dans la spéciation. Ces caractéristiques font des squamates un modèle idéal pour tester la généralité des LSCE et des règles de spéciation.
Ce projet de thèse vise à combler les lacunes sur le rôle des chromosomes sexuels dans la spéciation, en exploitant la diversité des squamates. Deux hypothèses principales seront testées via des approches comparatives et génomiques :
Hypothèse 1 : Les clades avec chromosomes sexuels différenciés ont des taux de diversification plus élevés. Méthode : Analyses comparatives à l'échelle mondiale des squamates pour comparer les taux de diversification entre clades avec/sans chromosomes sexuels différenciés.
Hypothèse 2 : Les LSCE sont observés uniquement chez les espèces à chromosomes sexuels différenciés. Méthode : utilisation de données génomiques (génomes complets, RAD sequencing) pour tester l'introgression limitée des chromosomes sexuels vs. autosomes ; analyse de zones hybrides entre espèces proches via comparaison de la pente des clines (gradients génétiques) pour les marqueurs autosomaux et liés au sexe.
Les modèles biologiques seront des genres de squamates méditerranéens, pour lesquels des données génomiques sont déjà disponibles et des zones hybrides déjà échantillonnées.
Ce projet combine donc des approches évolutives, de génomique comparative et de génétique des populations pour éclairer un débat fondamental en biologie de l'évolution, en exploitant la diversité unique des squamates.

Comprendre les mécanismes évolutifs responsables de la spéciation nécessite de décrypter les bases génétiques de l'isolement reproducteur. L'isolement reproducteur peut évoluer graduellement par l'accumulation de faibles différences génétiques réparties à travers le génome. Ces différences peuvent engendrer des incompatibilités entre hybrides à cause d'une perte de complémentarité entre allèles de gènes présents dans des populations différenciées. La spéciation peut aussi être imputée à une poignée de gènes ayant un effet majeur (« gènes de la spéciation »). Ainsi, différentes régions génomiques peuvent être disproportionnellement impliquées dans la spéciation si elles contiennent des gènes particuliers, ou des propriétés intrinsèques favorisant l'accumulation d'incompatibilités. Enfin, des changements dans l'organisation du génome, notamment des réarrangements chromosomiques, peuvent générer de l'isolement reproducteur, mais la fréquence de ce processus reste mal connue.
Les chromosomes sexuels constituent une région génomique propice à l'évolution de l'isolement reproducteur du fait d'une recombinaison limitée entre chromosomes X et Y (ou Z et W) qui génère une divergence entre eux et une hémizygosité chez un des deux sexes, mais aussi de leur association avec des traits phénotypiques et des pressions de sélection spécifiques à l'un des sexes. Ces caractéristiques sont supposées produire les deux « Règles de la Spéciation» : la règle de Haldane (observation empirique d'une fitness réduite chez les hybrides du sexe hétérogamétique) et les Large Sex Chromosome Effects (effet disproportionné des chromosomes sexuels sur la réduction de fitness hybride). De plus, les chromosomes sexuels sont fréquemment impliqués dans des réarrangements chromosomiques.
Même si les Large Sex Chromosome Effects ont été découvert en croisant différentes lignées de Drosophiles, démontrant que le chromosome X porte plus d'incompatibilités génétiques ou des incompatibilités plus fortes que les autosomes. La majorité des arguments empiriques en faveur de Large Sex Chromosome Effects chez des organismes non-modèles sont indirects : différenciation plus importante ou introgression limitée des chromosomes sexuels par rapport aux autosomes lors de comparaisons entre espèces proches. Toutefois, l'essentiel des preuves empiriques de Large Sex Chromosome Effects sont limitées à quelques branches du vivant avec des systèmes de déterminisme du sexe fixes et des chromosomes sexuels fortement différenciés tels que les mammifères (X/Y) ou les oiseaux (Z/W). Ceci limite notre compréhension des règles de la spéciation, en partie parce que cela empêche d'appréhender la généralité des Large Sex Chromosome Effects à travers le monde vivant. De plus, certaines explications concurrentes des règles de la spéciation reposent sur des pressions de sélection propres à chaque sexe (indépendamment des chromosomes sexuels), d'autres sur la présence de chromosomes sexuels différenciés. Ainsi, l'étude des règles de la spéciation dans des groupes taxonomiques avec une diversité de systèmes de déterminisme du sexe (avec ou sans chromosomes sexuels) et des chromosomes sexuels avec des degrés de différenciation variables pourrait aider à comprendre les mécanismes à l'origine des règles de la spéciation.
Contrairement aux oiseaux et mammifères, l'ordre des squamates (lézards et serpents) présente une importante diversité de systèmes de déterminisme du sexe. Ainsi, les geckos peuvent présenter une détermination du sexe génétique comme environnementale, avec différents systèmes de chromosomes sexuels montrant des degrés de différenciation variable. Inversement, les serpents et lézards lacertidés possèdent des chromosomes sexuels fortement différenciés ayant émergés indépendamment il y a plus de 60 millions d'années. Malgré cette conservation, les chromosomes Z et W des Lacertidés présentent une certaine variabilité morphologique et caryotypique, en particulier chez des lignées proches, suggérant un potentiel rôle des réarrangements chromosomiques dans le processus de spéciation. L'ensemble de ces éléments fait des squamates de très bons candidats pour combler les lacunes actuelles dans notre compréhension des règles de la spéciation.

L'objectif de la thèse sera de combler certaines lacunes dans notre compréhension du rôle des chromosomes sexuels dans le processus de spéciation en tirant partie de clades peu étudiés entre lesquels le niveau de différenciation des chromosomes sexuels varie fortement. Les expériences de croisement pour identifier la position de barrières au flux génétiques dans le génome étant complexes chez les squamates, nous proposons deux approches indirectes sur des échelles évolutives différentes, qui nous permettrons de vérifier deux hypothèses principales.
Prédiction 1 : si des chromosomes sexuels différenciés sont bien une source d'incompatibilités impliquées dans la spéciation, comme récemment proposé dans la littérature5,7, nous pouvons attendre que les clades avec des chromosomes différenciés aient des taux de diversification plus élevés que les clades avec des chromosomes sexuels peu différenciés ou sans chromosomes sexuels. Nous utiliserons donc des approches comparatives pour tester si les clades avec des chromosomes sexuels différenciés se diversifient plus rapidement que ceux n'ayant pas de tels chromosomes à l'échelle de la radiation évolutive mondiale des squamates.
Prédiction 2 : si des chromosomes sexuels différenciés sont une source d'incompatibilités, nous nous attendons à observer des Large Sex Chromosome Effects chez les espèces avec de tels chromosomes, et à ne pas les trouver chez les espèces sans chromosomes sexuels différenciés. Pour vérifier cette hypothèse, nous utiliserons des données génomiques (génomes complets et RAD sequencing) précédemment générées dans l'équipe et au sein de son réseau de collaborateurs pour tester l'introgression limitée des chromosomes sexuels par rapport au reste du génome (Large Sex Chromosome Effect) dans les clades avec des chromosomes sexuels différenciés ou non. Plus précisément, nous examinerons deux prédictions des Large Sex Chromosome Effects. 1) Nous testerons si les chromosomes sexuels sont moins affectés par l'introgression passée que les autosomes, pour des paires d'espèces proches et à distribution sympatrique ou parapatrique. 2) Nous analyserons des zones hybrides entre espèces proches et comparerons la pente des clines pour les marqueurs autosomaux et ceux liés au sexe. Les organismes modèles pour ce test seront les genres de squamates que le consortium d'encadrants et leurs collaborateurs étudient depuis des années autour du bassin méditerranéen, permettant ainsi la mobilisation d'un grand nombre de données génomiques, dont certaines collectées au sein de multiples zones hybrides.
Confirmer ces prédictions permettrait d'assurer la généralité du rôle des chromosomes sexuels dans la spéciation. A l'inverse, infirmer ces deux prédictions appellerait à un changement de notre compréhension des règles de la spéciation, et du rôle des chromosomes sexuels au cours de ce processus.

La première étape du projet consistera en une revue de la littérature pour compléter et corriger une grande base de données existante sur les mécanismes de détermination du sexe chez les organismes sexués, afin d'attribuer aux différentes branches de l'arbre évolutif des squamates un état du caractère « chromosomes sexuels » (absent, non différenciés, différenciés). Combiné à la phylogénie datée des squamates, ces données nous permettront d'évaluer le lien entre taux de diversification et degré de différenciation de chromosomes sexuels.
Dans un deuxième temps, nous chercherons à identifier les chromosomes sexuels et leur degré de différenciation chez les espèces pour lesquelles nous disposerons de données génomiques (génomes complets ou RADseq). Ces données génomiques ont déjà été produites pour plusieurs genres d'intérêt (Acanthodactylus, Podarcis, Iberolacerta, Zootoca, Vipera, Saurodactylus, entre autres). J'utiliserai ces données génomiques pour établir le degré de différenciation des chromosomes sexuels en étudiant le rapport des profondeurs de couverture de séquençage entre mâles et femelles. Ce rapport prend une valeur de 1 sur l'ensemble du génome mais varie de façon abrupte dans les régions non recombinantes des chromosomes sexuels. La majorité des familles de squamates représentées dans nos genres d'intérêt possèdent des génomes de référence de bonne qualité.
Une partie des espèces cibles sont déjà associées à des caryotypes produits pour l'équipe de l'ISEM (co-directeur F. Veyrunes) ou disponibles dans la littérature. Pour mieux appréhender les réarrangements chromosomiques qui peuvent avoir une grande importance dans les phénomènes de spéciation rapide, mais aussi compliquer les analyses bio-informatiques, nous génèrerons de nouveaux caryotypes chez le plus d'espèces possible parmi celles dont nous disposons de données génomiques en suivant un protocole de culture cellulaire optimisé à l'ISEM, supprimant le besoin d'apporter des animaux vivants au laboratoire.
Enfin, la dernière étape combinera l'ensemble des résultats trouvés au cours des étapes précédentes pour vérifier si les différences d'introgression entre chromosomes sexuels et autosomes dépendent du degré de différenciation (génétique ou morphologique) des chromosomes sexuels ou de l'existence de réarrangements chromosomiques. Ce type de données a déjà été produit pour 7 paires d'espèces du genre Podarcis et 6 paires d'espèces du genre Acanthodactylus. En étudiant des taxons possédant des chromosomes sexuels avec des degrés de différenciation variables, nous pourrons discuter des potentiels liens entre chromosomes sexuels différenciés et isolement reproducteur.

Nous recherchons un étudiant très motivé avec une solide formation conceptuelle en biologie évolutive. De solides compétences synthétiques et quantitatives (notamment en statistique) sont attendues. Des connaissances en bioinfo et génomique seraient un plus.