Thèse Prévalence et Cibles Génomiques de la Sélection Balancée et Interactions avec les Variants Structuraux chez des Mouches du Genre Coelopa H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation Laboratoire de recherche : LBBE - LABORATOIRE DE BIOMÉTRIE ET BIOLOGIE EVOLUTIVE Direction de la thèse : Laure SEGUREL ORCID 0000000173390976 Début de la thèse : 2026-10-19 Date limite de candidature : 2026-09-01T23:59:59 Comprendre les liens entre diversité biologique et adaptation des espèces à leur environnement reste une question centrale en biologie évolutive. Plus précisément, il reste difficile de quantifier dans quelle mesure la diversité observée dans la nature est due à des processus neutres (aléatoires) ou sélectifs. Alors que de nombreuses études axées sur la sélection positive ont démontré comment certains variants génétiques avantageux augmentent la fitness de leurs hôtes, la sélection balancée (toutes les formes de sélection naturelle qui aboutissent au maintien de la diversité génétique) a fait l'objet de moins d'attention. Cela est probablement dû à la difficulté de détecter la sélection balancée à partir de données génomiques d'une seule espèce, et du fait que la sélection balancée englobe de multiples mécanismes évolutifs qui laissent des signatures génomiques contrastées. Par conséquent, nous ne connaissons qu'encore mal le rôle de la sélection balancée dans le maintien de la diversité génétique, et ce d'autant plus dans des espèces non-modèles.
Les nouvelles technologies de séquençage ont récemment permis d'obtenir des données sur un plus grand nombre de populations et d'espèces, et de nouvelles méthodes plus robustes pour détecter les signatures de la sélection balancée ont été mises au point. Ensemble, ces études suggèrent que la sélection balancée pourrait être plus prévalente qu'imaginé jusqu'à aujourd'hui. En parallèle, la démocratisation du séquençage de lectures longues permet d'accéder aux variants structuraux, au potentiel adaptatif important mais encore mal estimé. Ce projet de doctorat tirera parti de ces avancées méthodologiques récentes et étudiera l'importance de la sélection balancée chez les mouches du varech du genre Coelopa, en s'appuyant sur un ensemble de données de séquençage génomique déjà générées (lectures courtes) et qui seront générées pour ce projet (lectures longues) et couvrant plusieurs espèces de ce genre.
Ce modèle biologique est pertinent pour l'étude de la sélection balancée car il présente une distribution géographique étendue et un environnement variable et instable, suggérant qu'il peut être soumis à des pressions de sélection fluctuante dans le temps et l'espace. Des échantillons et données génomiques sont de plus déjà disponibles sur plusieurs populations et espèces soeurs, permettant de caractériser la sélection balancée à plusieurs échelles temporelles et spatiales. De plus, plusieurs inversions polymorphes ont été décrites chez Coelopa frigida et sont associées à des traits d'histoire de vie sous sélection balancée maintenues par avantage hétérozygote, sélection fluctuante et pleiotropie antagoniste.
Plus précisément, ce projet de thèse visera à : i) identifier les mécanismes sous-jacents et les cibles génomiques de la sélection balancée dans le genre Coelopa, ii) évaluer l'importance des variants structuraux comme cible préférentielle de la sélection balancée et iii) utiliser une approche comparative entre taxons ayant des traits d'histoire de vie contrastés (mouches, papillons, oiseaux et primates) pour étudier la prévalence de la sélection balancée dans différentes espèces non-modèles.
La sélection balancée est une forme de sélection naturelle qui maintient la diversité génétique au sein des espèces (par opposition à la sélection positive ou négative, qui la réduit) [1]. Elle englobe différents mécanismes contrastés tant par leur dynamique évolutive que par les signatures qu'ils laissent dans les données génomiques [2] : l'avantage hétérozygote, défini par une fitness plus élevée chez les hétérozygotes que chez les homozygotes ; la sélection fréquence-dépendante négative, définie par une fitness plus élevée chez les formes rares par rapport aux formes plus fréquentes ; la sélection fluctuant dans le temps ou dans l'espace; ou encore la pléiotropie antagoniste, où un allèle a des effets opposés sur différentes composants de la fitness (par exemple, la reproduction et la survie), ou la sélection sexuellement antagoniste. Il convient de noter que ces mécanismes ne s'excluent pas mutuellement et peuvent opérer simultanément, et qu'ils entraînent tous une augmentation de la diversité génétique par rapport à la divergence. Nous n'estimons pas encore bien l'importance de la sélection balancée comme mode d'adaptation des espèces à leur environnement, et notamment dans le maintien de la diversité phénotypique observée dans la nature, ni l'importance relative des mécanisme sous-jacents. Cependant, de récents scans génomiques et des études empiriques suggèrent que la sélection balancée est sans doute plus prévalente qu'estimé jusqu'ici [3-4].

Les cibles fonctionnelles de la sélection balancée commencent également à être élucidées. Les études génomiques ont montré que les signatures de sélection balancée se retrouvent souvent au niveau de gènes impliqués dans des dynamiques coévolutives hôte-pathogène [5-7]. Les études phénotypiques, quant à elles, ont mis en évidence plusieurs phénotypes complexes sous sélection balancée, comme des stratégies de reproduction, de prédation, ou encore des compromis sur des traits d'histoire de vie [8]. Enfin, récemment, de nombreux variants structuraux, tel que des inversions, ont été associées à des écotypes contrastés et sont maintenus polymorphes sous sélection balancée [9-11] Chez la mouche du varech Coelopa frigida, par exemple, des stratégies d'histoire de vie alternatives sont associées aux deux réarrangements chromosomiques d'une inversion dans toutes les populations étudiées en Amérique et en Europe [9]. Des études préliminaires suggèrent que ce même polymorphisme phénotypique est présent chez des populations japonaises de Coelopa frigida et chez son espèce soeur Coelopa nebularum, alors qu'elles ne semblent pas avoir la même inversion. Ceci offre donc un contexte favorable pour approfondir le lien entre sélection balancée et variants structuraux dans un système biologique sur lequel des approches intégratives, du phénotype aux génomes sont possibles.

Une limite importante des études visant à identifier des cibles génomiques de sélection balancée découle du fait que les données de séquençage viennent encore très majoritairement de séquençage de lectures courtes (short-reads), qui associées à des génomes de références de plus ou moins bonne qualité, entrainent des erreurs d'alignement qui peuvent créer des signaux artéfactuels de sélection balancée. L'accessibilité récente du séquençage haute couverture en lectures longues (long-reads) est donc très prometteuse, non seulement pour obtenir des génomes de référence adéquats de bonne qualité et ainsi confronter cette limite méthodologique, mais également pour pose la question de l'importance des interactions entre sélection balancée et les variants structuraux, qui sont encore trop peu étudiés car non accessible par données short-reads. L'objectif principal est d'étudier les signatures génomiques de sélection balancée dans plusieurs populations et espèces proches. Il s'agira tout d'abord de construire et implémenter un workflow afin de détecter la sélection balancée à partir d'une combinaison de données de séquençage short- et long-reads, puis d'étudier les mécanismes et cibles génomiques de la sélection balancée chez des mouches du genre Coelopa, notamment en lien avec les variants structuraux, et d'estimer la prévalence de la sélection balancée relativement à d'autres taxons présentant des caractéristiques démographiques et écologiques différentes. Dans un premier temps, nous obtiendrons un jeu de données de lectures de séquençage courtes (30 individus par population) et longues (10 individus par population) pour quatre populations ou espèces proches de mouches du varech du genre Coelopa (population européenne, américaine et japonaise de Coelopa frigida, et Coelopa nebularum). Dans un deuxième temps, nous construirons différents pipelines pour i) l'assemblage de novo et l'annotation d'un génome à partir de données long-reads PacBio haute couverture et des données Hi-C, ii) l'obtention d'un jeu de données phasées de variants nucléotidiques (SNVs) à partir de données combinées short- et long-reads, et iii) l'obtention d'un jeu de données de variants structuraux (SVs) à partir de données long-reads. Dans un troisième temps, les SNVs ainsi obtenus seront utilisés pour détecter les cibles génomiques de la sélection balancée et étudier les mécanismes sous-jacents grâce notamment au logiciel BetaScan2 [12]. En intersectant les signatures de sélection balancée et la localisation des variants structuraux, nous testerons si la sélection balancée s'opère préférentiellement sur certains variants structuraux. Enfin, pour comprendre dans quelle mesure l'importance de la sélection balancée diffère entre espèces, nous mesurerons la prévalence de la sélection balancée au travers d'un Z-score [13] dans quatre taxons ayant des traits d'histoire de vie contrastés: primates (valeur déja publiée), oiseaux du genre Ficedula, papillons du genre Morpho et mouches du genre Coelopa.

Le.la doctorant.e doit être titulaire d'un master en biologie évolutive et être prêt.e à acquérir des compétences en bioinformatique, ou bien être titulaire d'un master en informatique avec un fort intérêt pour la biologie évolutive. Une expérience antérieure en programmation en R et/ou bash est bénéfique, mais non obligatoire. Le.la doctorant.e doit être à l'aise pour parler et écrire en anglais.

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