Les coraux, éponges, algues et herbiers constituent nos paysages littoraux sous-marins où cohabitent des organismes fixés au substrat ou sédentaires à l’état adulte (mollusques, crustacées et poissons côtiers). Durant leur premier stade de vie, la majorité de ces espèces marines se disperse. Sous forme de propagules (œufs, larves, graines, etc.), elles sont transportées par les courants océaniques sur de grandes distances. La connectivité, processus qui caractérise ces échanges d’individus et de leurs gènes dans l’espace, est cruciale dans la structure spatiale, la dynamique démographique et la diversité génétique de ces populations marines. Dans le contexte actuel de perte de biodiversité, nous devons ainsi comprendre comment le matériel génétique se transmet dans l’espace d’une population à une autre, mais aussi dans le temps d’une génération à une autre.

Une équipe de scientifiques, dont certains CNRS-INSU (voir encadré), a utilisé un modèle biophysique permettant d’obtenir une représentation réaliste du transport dû aux courants grâce à des simulations de la circulation océanique. Couplé avec des outils issus de la théorie des graphes, l’équipe a défini des probabilités de connexions génétiques résultant d’évènements successifs de dispersion (Fig. 1a, b). La connectivité filiale (probabilité qu’une population soit parente à une autre) a été distinguée de la connectivité coalescente (la probabilité que deux populations partagent des « ancêtres » communs). Ces modèles innovants ont permis de reconstruire le flux de gènes d’espèces représentatives de la biodiversité de l’écosystème côtier méditerranée, ensuite comparé à des observations de différenciation génétique préexistantes.

En reconstruisant les arbres généalogiques des populations marines, la connectivité coalescente nouvellement définie présente de meilleures prédictions de flux de gènes comparées aux modèles antérieurs (Fig. 2). La vitesse du flux de gènes est plus rapide que ce que l’on pensait (d’une dizaine à une centaine de kilomètres par génération) ce qui suggère que la capacité d’adaptation des populations marines aux changements climatiques pourrait être plus rapide qu’envisagée jusqu’à présent. Les structures génétiques observées à petite échelle ne seraient donc pas dû à des barrières de transport mais plutôt à de l’adaptation aux contrastes environnementaux abrupts, suggérant une possible plasticité de la diversité génétique en quelques générations de dispersion. Ce modèle offre une solution numérique flexible et économique pour comprendre et possiblement prédire la future réorganisation spatiale de la biodiversité due au changement global, contribuant ainsi à améliorer la gestion et à la protection des écosystèmes.

Laboratoires CNRS impliqués

• Institut Méditerranéen d’Océanologie (MIO – OSU Pythéas)

Tutelles : CNRS / AMU / IRD / Univ. Toulon

• Institut méditerranéen de biodiversité et d’écologie marine et continentale (IMBE)

Tutelles : CNRS / IRD / AMU / Univ. Avignon

Illustration schématique des deux modèles de connectivité multi-générations utilisés dans cette étude afin de prédire le flux de gènes chez 47 espèces réparties en neuf groupes taxonomique.

Crédit : MIO

Performance des différents modèles de prédiction de flux de gènes sur 58 études de génétique des populations.

Les deux modèles de connectivité multi-génération développés présentent de meilleurs résultats que les modèles utilisés jusqu’à présent.

Crédit : MIO

Contact

Vincent Rossi, Chercheur CNRS à Institut Méditerranéen d’Océanologie (MIO) / Tel. : 04 86 09 06 28

Térence Legrand, Doctorant Aix Marseille Université à Institut méditerranéen d’océanologie (MIO)

Voir en ligne : Le communiqué sur le site de l’OSU

Pour en savoir plus...

Legrand, T., Chenuil, A., Ser-Giacomi, E. et al. Spatial coalescent connectivity through multi-generation dispersal modelling predicts gene flow across marine phyla. Nat Commun 13, 5861 (2022).