Genetic conséquences of historically geological and climatic events in Qinghai-Tibet Plateau : the Primula section Armerina as a case study

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State: Public
Version: After imprimatur
Serval ID
serval:BIB_123B86126BB5
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Title
Genetic conséquences of historically geological and climatic events in Qinghai-Tibet Plateau : the Primula section Armerina as a case study
Author(s)
Ren Guangpeng
Director(s)
Salamin Nicolas
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Address
Faculté de biologie et de médecine
Université de Lausanne
CH-1015 Lausanne
SUISSE

Publication state
Accepted
Issued date
2017
Language
english
Abstract
Understanding the relative roles of geography and ecology in driving speciation, population divergence and population dynamics is a longstanding goal in ecology and evolutionary biology. This is especially true for organisms inhabiting in mountains that usually harbor extremely high species richness and endemism. In this thesis, I combine macro-evolutionary approaches and population genomic analyses at multiple evolutionary timescales to investigate how historically geological and climatic events affected diversification, speciation and demography of Primula section Armerina in the Qinghai-Tibet Plateau (QTP). At macro-evolutionary level, I reconstruct phylogenetic trees of the section and discuss the factors accounting for the incongruence between the chloroplast and nuclear trees that mainly occur among closely related species. I demonstrate that the section originated from the Himalayas and the recent uplift of the QTP has probably triggered its diversification. I also show that niche evolution affects biogeographic patterns of three closely related species in this section. Then, I use population genomic data to examine the interspecific divergence and maintenance of species cohesion between these three closely related species. I successfully obtain a clear relationship among the three species and provide a strong evidence for an origin of the three species in the Himalayas. The following divergences between them coincide with the uplift of the Hengduan Mountains and the Northeast QTP, which highlights the important roles played by past geological events in triggering initial interspecific divergence. After a long period of divergence, the three species came into secondary contact triggered by past climatic changes but with no significant hybridization. I further show that spatial and environmental factors may play an important role in the maintenance of species cohesion. In the final two chapters, I investigate demographic histories of two of the three closely related species that are endemic to the QTP and evaluate the effects of the Quaternary climatic oscillations on their demography. I demonstrate that only the ancestral populations of the two species could survive in different refugia during the largest glaciation that occurred in the QTP. Most of the genetic lineages identified by the population genomic analyses diverged from their ancestral populations only after this glaciation event. The last glacial maximum (LGM) had littler effects on these genetic lineages. Moreover, the response to climatic changes of populations of a species depends on its specific ecological preferences. Finally, all the historical, spatial and environmental factors act as drivers of population differentiation in these alpine plant species. Overall, this work contributes to a significant advance to our understanding of the mechanisms of the interplay between geological and ecological factors in driving speciation and evolution in mountains.
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Comprendre de quelle manière la géographie et l'écologie contribuent au processus de spéciation, à la divergence et la dynamique des populations est un des objectifs majeurs de l'écologie et de la biologie évolutive. Cet intérêt est particulièrement fort pour les régions montagneuses qui présentent une grande diversité d'espèces et un fort taux d'endémisme. Dans cette thèse, j'intègre des approches macro-évolutive avec des analyses de génomique des populations à différentes échelles de temps pour étudier comment les évènements géologiques et climatiques passés ont affecté la diversification, la spéciation et la démographie des espèces de la section Armenia du genre Primula du plateau Tibétain. Au niveau macro-évolutif, j'ai reconstruit l'arbre phylogénétique du groupe et émis des hypothèses pour expliquer l'incongruence observée pour les espèces proches entre les arbres phylogénétiques basés sur des marqueurs nucléaires et chloroplastiques. J'ai démontré que la section Armenia est originaire de l'Himalaya et que la récente orogenèse de cette chaine de montagne a probablement été le facteur déclencheur de sa diversification. J'ai aussi montré que l'évolution de la niche a influencé la biogéographie de trois espèces proches de cette section dont j'ai pu établir avec précision les relations de parenté et leur origine dans l'Himalaya. La divergence entre ces trois espèces coincide avec l'orogenèse des monts Hengduan et le Nord-Est du plateau Tibétain, ce qui démontre l'importance des évènements géologiques passés dans la divergence inter-spécifique. Après une longue période d'isolation les trois espèces, des changements climatiques ont par le passé induit un contact secondaire mais sans que cela entraine une hybridisation significative. J'ai ensuite montré que les facteurs spatiaux et environnementaux pourraient jouer un rôle important dans le maintien de la cohésion des espèces. Dans les deux derniers chapitres, j'étudie l'histoire démographique de deux des trois espèces proches endémiques du plateau Tibétain et j'évalue les effets des oscillations climatiques du Quaternaire sur leur démographie. Je démontre que les populations ancestrales des deux espèces ont pu survivre dans différents refuges au cours de la plus longue glaciation du plateau Tibétain. La plupart des lignées génétiques identifiées par les analyses de génomique des populations ont divergé de ces populations ancestrales suite à cet évènement de glaciation. Le dernier maximum glaciaire n'a eu que peu d'effet sur ces lignées. D'autre part, la réponse des populations d'une espèce aux changements climatiques dépend de ses préférences écologiques spécifiques. Enfin, l'ensemble des facteurs historiques, spatiaux et environnementaux agissent comme des moteurs de la différenciation de ces espèces montagneuses. Dans l'ensemble ce travail contribue de manière significative à la compréhension des méchanismes de l'interaction entre les facteurs géologiques et écologiques dans la formation et l'évolution des espèces au sein des massifs montagneux.
Create date
30/06/2017 14:27
Last modification date
20/08/2019 12:40
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