Caractérisation de l'activité des éléments transposables dans les génomes de passereaux et leur rôle dans la spéciation et l'adaptation // Characterization of transposable element activity in songbird genomes and their role in speciation and adaptation

Comprendre l'établissement de barrières reproductives entre les espèces émergentes peut nous permettre de comprendre l'origine de nouvelles espèces et la génération de la diversité des espèces sur Terre. La spéciation est un processus évolutif clé. Les récents changements climatiques et la perte de biodiversité induite par l'homme renforcent l'importance de la recherche sur la spéciation. Les barrières de reproduction peuvent s'accumuler à la suite d'une adaptation spécifique de l'espèce au niveau de traits écologiques ou de préférences en matière d'accouplement, ou provenir d'incompatibilités entre deux ou plusieurs loci qui interagissent entre eux, par exemple pendant la formation du zygote ou dans le fond génétique des hybrides interspécifiques[1,2]. Afin d'établir le processus de l'isolement reproducteur et d'améliorer notre compréhension de la spéciation, l'un des principaux objectifs de la recherche sur la spéciation a donc été d'identifier les loci génétiques qui codent les barrières reproductives. Les mécanismes mutationnels peuvent être des changements dans la séquence de l'ADN, allant de la variation au niveau nucléotidique (SNV) causée par des mutations ponctuelles à des variations structurales à grande échelle (SV) résultant d'insertions, de délétions, de duplications, d'inversions ou de translocations, ou encore des modifications épigénétiques[3,4]. Les mutations classiques qui ont fait l'objet d'une grande attention jusqu'ici sont les mutations ponctuelles dans les séquences codant les protéines et leurs éléments régulateurs, ou encore les inversions, dont on pense qu'elles créent des barrières au flux de gènes entre espèces en cours de divergence. Le rôle des éléments transposables (ET) comme source potentielle d'isolement reproducteur et de spéciation reste moins exploré. Le projet de thèse vise donc à combler cette lacune et à étudier le rôle des ET dans la spéciation et l'adaptation chez les passereaux du genre Ficedula.
Les gobe-mouches Ficedula sont d'importants modèles de spéciation aviaire. En particulier, le gobe-mouche à collier (F. albicollis) et le gobe-mouche noir (F. hypoleuca), qui s'hybrident naturellement, ont fait l'objet d'études intensives et ont généré un riche corpus d'informations écologiques[5,6] et de ressources génomiques[7-10]. Le gobe-mouche à collier et le gobe-mouche à pied sont deux oiseaux migrateurs très apparentés, dont la divergence est inférieure à 1 million d'années[11,12]. Ils hivernent en Afrique subsaharienne et se reproduisent dans les forêts d'Europe, où ils ont plusieurs zones de sympatrie et produisent des descendants hybrides dans ces zones de contact[5]. Les deux espèces représentent un cas classique de spéciation allopatrique avec contact secondaire et de nombreuses sources d'isolement reproductif. Les espèces parentales sont adaptées à des habitats différents et présentent des différences au niveau des traits sexuels clés, tels que le chant des mâles, conduisant à l'accouplement assorti à l'espèce. La survie des hybrides F1 est réduite et ceux qui atteignent l'âge adulte présentent une physiologie anormale et une stérilité totale[13,14].
Le projet de thèse permettra d'abord d'identifier les ET actifs et proliférant sous forme de mutations germinales chez les gobe-mouches à collier et les gobe-mouches noirs. Ensuite, l'un des objectifs sera d'étudier la régulation de ces ET actifs dans plusieurs tissus, en particulier dans les hybrides, où l'on suppose que la dérépression des ET compromet la viabilité et la stérilité des hybrides. D'autre part, le rôle des ET en tant que source de divergence dans l'apprentissage du chant et l'adaptation spécifique à l'espèce sera étudié. Le projet de thèse portera donc sur le rôle des ET dans diverses voies d'isolement reproducteur, couvrant l'origine des incompatibilités dans les hybrides, ainsi que l'adaptation spécifique à l'espèce et la divergence dans le chant des mâles et les préférences en matière d'accouplement.
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Understanding the establishment of reproductive barriers between incipient species is what ultimately allows us to understand the origin of new species and the generation of species diversity on Earth. This makes speciation a central evolutionary process, where recent climate-changes and human-induced biodiversity loss aggravate the importance of speciation research. Reproductive barriers can accumulate as a consequence of species-specific adaptation of ecological traits or mating preferences, or originate from incompatibilities between two or more loci that interact with each other, for example during the formation of the zygote or also in the genomic background of interspecific hybrids[1,2]. In order to establish the route of reproductive isolation and improve our understanding of speciation, one of the major objectives in speciation research has therefore been directed towards pinpointing the genetic loci that encode the reproductive barriers. The mutational mechanisms can be changes in the DNA sequence, ranging from single nucleotide variants (SNVs) caused by point mutations to large-scale structural variants (SVs) resulting from insertions, deletions, duplications, inversions, or translocations, or also epigenetic modifications[3,4]. Here, classical mutations that have received much attention in speciation research are point mutations in protein-coding sequences and their regulatory elements, or also inversions, which are thought of creating barriers to gene flow between diverging species. The role of transposable elements (TEs) as a potential source for reproductive isolation and speciation remains on the other hand less explored. The PhD project therefore aims to fill this gap and investigate the role of TEs in speciation and adaptation in songbirds of the genus Ficedula.
Ficedula flycatchers are important avian speciation models. In particular, the naturally hybridizing collared flycatcher (F. albicollis) and pied flycatcher (F. hypoleuca) have been intensively studied and a rich body of ecological information[5,6] and genomic resources[7-10] has been generated. Collared and pied flycatchers are two closely related migratory birds, which diverged less than 1Mya[11,12]. They winter in sub-Saharan Africa and breed in woodlands across Europe, where they have several areas of sympatry and produce hybrid offspring in these contact zones[5]. The two species represent a classic case of allopatric speciation with secondary contact with many sources of reproductive isolation. The parental species have adapted to different habitats and show differences in key sexual traits, such as male song, and species-assortative mating is prevalent. Survival of their F1 hybrids is reduced and those that reach adulthood are found to show abnormal physiology and complete sterility[13,14].
The PhD project will in a first step identify which TEs are active and proliferating as germline mutations in collared and pied flycatchers. Then, one aim will be to investigate the regulation of those active TEs across multiple tissues, in particular in hybrids, where TE derepression is hypothesized to compromise viability and sterility in hybrids. As another angle, the role of TEs as a source for divergence in song-learning and species-specific adaptation will be investigated. The PhD project will thus address the role of TEs in diverse routes of reproductive isolation, covering the origination of incompatibilities in hybrids, and species-specific adaptation and divergence in male song and mating preferences.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Claude Bernard Lyon 1

341 E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation

Le/la candidat(e) doit avoir un intérêt marqué pour la génomique évolutive et l'écologie ; il/elle doit être disposé(e) à acquérir une formation approfondie en bioinformatique et en analyse statistique des données ; il/elle doit avoir de bonnes aptitudes à la communication en anglais et aimer le travail en collaboration.
The candidate should have a strong interest in evolutionary genomics and ecology; should be willing to acquire an extensive training in bioinformatics and statistical data analysis; should have good communication skills in English and enjoy collaborative work.