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Biodiversité
cachée dans un ancien lac :
congruence phylogénétique entre les cichlidés trophéïnés du
lac Tanganyika et leurs parasites vers plats monogènes |
| . |
| Maarten PM Vanhove ,Antoine
Pariselle ,Maarten Van Steenberge ,Joost AM Raeymaekers ,Pascal I.
Hablützel ,Céline Gillardin ,Bart Hellemans ,Floris C. Breman ,Stephan
Koblmüller ,Christian Sturmbauer ,Jos Snoeks ,Filip AM Volckaert &Tine
Huyse |
| . |
|
Rapports scientifiques volume 5 ,
Numéro d'article : 13669 ( 2015 ) |
| . |
| Abstrait : |
| . |
| L'étonnante diversité des
cichlidés a considérablement amélioré notre compréhension de la
spéciation et de la radiation. L'évolution des parasites des cichlidés
est mal connue. Les parasites sont des composantes abondantes de la
biodiversité, dont la diversité dépasse généralement celle de leurs
hôtes. Dans la première analyse parasitologique phylogénétique complète
d'une radiation de vertébrés, nous étudions les parasites monogènes
infectant les cichlidés trophéïdés du lac Tanganyika. Les monogènes sont
des vers plats qui infectent généralement la surface corporelle et les
branchies des poissons. Contrairement à de nombreux autres parasites,
ils ne dépendent que d'une seule espèce hôte pour compléter leur cycle
biologique. Notre ensemble de données spatialement exhaustives d'ADN
nucléaire et mitochondrial combiné des parasites, couvrant la
quasi-totalité des espèces hôtes trophéïdés (N = 18), révèle des
assemblages de parasites riches en espèces et une spécificité d'hôte
constante. Les comparaisons statistiques des phylogénies des hôtes et
des parasites, basées sur des tests de distance et de topologie,
démontrent une congruence significative et suggèrent que le changement
d'hôte est rare. L'évaluation du taux moléculaire indique que les
espèces de Cichlidogyrus ont probablement divergé de manière
synchrone avec la radiation initiale des trophéines. Elles se sont
ensuite diversifiées par spéciation intra-hôte, aboutissant à une
radiation spécifique jusqu'alors méconnue. Le cycle biologique et la
spécialisation uniques de certains groupes de parasites ont de profondes
conséquences évolutives. La parasitologie évolutive apporte donc une
nouvelle dimension à l'étude des points chauds de biodiversité comme le
lac Tanganyika. |
| . |
| Introduction : |
| . |
L'élucidation des mécanismes de
spéciation est considérée comme cruciale pour comprendre la dynamique et
le fonctionnement de la biodiversité. Des modes de spéciation
alternatifs, tels que la spéciation allopatrique, sympatrique et
parapatrique, sont de mieux en mieux compris grâce à la phylogénétique
1. Un processus particulier dans ce domaine est la radiation
adaptative, phénomène dans lequel une spéciation rapide est combinée à
une différenciation de niche des espèces en évolution. L'étude des
radiations s'est avérée particulièrement prometteuse pour éclairer les
causes et les mécanismes à l'origine de la spéciation, en particulier
lorsqu'il s'agit d'espèces confinées à un système relativement fermé
comme les lacs 2. L'une des radiations vertébrées les plus
prolifiques est celle des poissons cichlidés (Teleostei, Cichlidae) des
Grands Lacs d'Afrique de l'Est 3.
Le lac Tanganyika, le plus ancien et le plus profond de ces lacs,
abrite la communauté de cichlidés la plus diversifiée génétiquement et
phénotypiquement de ces lacs africains 4. Son assemblage de
cichlidés est subdivisé en 12 à 17 tribus principalement endémiques
5. L'une de ces tribus, les Tropheini monophylétiques, est
phylogénétiquement imbriquée dans la tribu Haplochromini et
représente le groupe frère des groupes d'espèces du lac Malawi et de la
région du lac Victoria et de plusieurs lignées fluviales d'Afrique de
l'Est 6. Tropheini se compose de 23 espèces nominales
endémiques. Bien qu'il existe des lacunes considérables dans les
connaissances concernant leur taxonomie et leur répartition 7
, leur phylogénie est bien résolue et mise à jour 8 , 9
. La plupart des espèces sont adaptées aux rivages rocheux et les
représentants de la plupart des genres sont présents en sympatrie 7
, 8 . Tropheini contient des espèces généralistes et
spécialisées qui présentent des niveaux variables de structuration
génétique et phénotypique, liés à des différences de préférence
d'habitat, de capacité de dispersion et de territorialité 8. Tous
ces facteurs ont suscité un intérêt scientifique considérable et ont
fait du rayonnement de Tropheini une « expérience naturelle »
pour la formation des espèces.
Cependant, malgré cette vitrine de la biodiversité, les radiations les
plus spectaculaires se trouvent parmi les parasites 10. Les
pressions évolutives mutuelles maintiennent la diversité génétique de
l'hôte et du parasite et alimentent le taux de diversification génétique
11. De plus, la disponibilité de nombreuses niches dans le
corps d'un hôte est un facteur supplémentaire favorisant la
diversification des parasites au sein de l'hôte 12 et donc la
spéciation. Les organismes ayant un mode de vie parasitaire représentent
la majeure partie de la biodiversité de la Terre 13. Cependant,
les études sur la biodiversité ont tendance à se concentrer sur les
faunes remarquables, ignorant la vaste biomasse et la richesse en
espèces des helminthes et d'autres animaux de plus petite taille 14,
15. En tant que tel, le potentiel de compréhension de la
spéciation par l'étude de l'évolution des parasites reste presque
inexploré 12, 16 et la contribution des parasites à la
richesse en espèces des Grands Lacs africains est restée largement
négligée 17, 18. |
| . |
| Nous combinons la recherche de
spéciation sur les hôtes cichlidés et leurs parasites vers plats
monogènes. Les monogènes sont principalement des ectoparasites de
vertébrés aquatiques ou amphibies à sang froid, bien que certains
infectent des invertébrés aquatiques ou présentent un mode de vie
endoparasitaire 19 . Les monogènes cichlidés fournissent un bon
modèle pour élucider la spéciation des parasites 20, 21.
Leur cycle de vie direct (hôte unique) les rend particulièrement
intéressants, car il peut être difficile de discerner les facteurs hôtes
qui influencent l'évolution des parasites pour les parasites avec un
hôte intermédiaire 22. Des études antérieures sur les monogènes
du lac Tanganyika ont mis au jour une faune diversifiée et largement
endémique appartenant à Gyrodactylus von Nordmann, 1832 et
Cichlidogyrus Paperna, 1960 18, 23, 24,
25. Ces derniers parasites branchiaux représentent le genre
monogène le plus abondant et le plus répandu chez les cichlidés du
Tanganyika 23. Dans la plupart des populations de cichlidés
trophéines examinées à cette fin, plus des deux tiers des individus de
poissons ont été infectés par des représentants de ce genre 26,
27, 28. Les œufs de Cichlidogyrus se développent et
éclosent sur le fond, après quoi une larve ciliée libre infecte un
poisson hôte 29. |
| . |
| Nous voulons comprendre la
spéciation en reconstruisant l'histoire phylogénétique des parasites
appartenant à Cichlidogyrus , récupérés chez presque toutes les
espèces hôtes trophéines avec des séquences d'ADNr ITS nucléaire et de
COI mitochondriale. La couverture taxonomique est importante dans les
études phylogénétiques en général 1 et dans les travaux
cophylogénétiques en particulier 30, 31. Le contexte
taxonomique et phylogénétique existant pour les hôtes trophéines (voir
ci-dessus) est essentiel pour une analyse réussie de la diversification
des parasites 31. (i) Nous émettons l'hypothèse que les espèces
de Cichlidogyrus infectant les cichlidés trophéines sont
spécifiques à l'hôte, avec une richesse spécifique plus élevée sur les
hôtes plus sténotopiques. La généralité de ces modèles sera évaluée pour
compléter les quelques rapports basés sur la morphologie 23,
28. (ii) La morphologie de Cichlidogyrus suggère une
influence de la phylogénie des trophéines sur le choix de l'hôte 24
et nous émettons donc l'hypothèse que les phylogénies de l'hôte et du
parasite sont dans une certaine mesure congruentes. Cependant, suite aux
résultats de Mendlová et al. 32 pour les espèces ouest-africaines
de Cichlidogyrus , nous nous attendons à ce que d'autres modes de
spéciation aient également contribué à la diversification des parasites.
Les mécanismes possibles de formation des espèces chez les parasites
comprennent le changement d'hôte (transfert écologique entre espèces
hôtes), la cospéciation (spéciation concomitante de l'hôte et du
parasite), la duplication (spéciation du parasite au sein de l'hôte) et
le tri (extinction du parasite). |
| . |
| Résultats : |
| . |
Diversité des séquences et spécificité de l'hôte
|
| . |
| L'ensemble de données, basé sur
un fragment d'ADNr de 1 399 pb, contenait 82 haplotypes et 575 sites
variables, dont 323 informatifs de parcimonie. Comme deux séquences d'ADNr
provenant chacune du parasite de Petrochromis trewavasae trewavasae et
de Petrochromis trewavasae ephippium , ainsi que trois de
parasites de Tropheus brichardi , différaient au point d'entraver
tout alignement significatif, elles ont été exclues des analyses
ultérieures. Pour le COI, l'ensemble de données comprenait 583 pb, 73
haplotypes, 278 sites variables et 230 sites informatifs de parcimonie.
L'ensemble de données concaténé comprenait 62 haplotypes et totalisait 1
935 positions nucléotidiques. Français Cet alignement contenait 621 pb
d'ITS-1, 157 pb d'ADNr 5.8S, 574 pb d'ITS-2 et 583 pb de COI. Il y avait
861 sites variables, dont 659 informatifs de parcimonie. Le tableau 1
donne un aperçu du nombre de séquences et d'haplotypes uniques récupérés
pour les parasites de chaque espèce hôte, des distances génétiques par
paires corrigées entre les parasites des espèces hôtes respectives et du
nombre estimé d'espèces échantillonnées sur la base des seuils au niveau
de l'espèce proposés pour les séquences nucléaires et mitochondriales
respectives (voir Matériel et méthodes). Notre plus grand ensemble de
données d'ADNr ITS couvre les parasites de Lobochilotes labiatus
, Simochromis diagramma et ' Ctenochromis ' horei . En
utilisant les estimations de la richesse spécifique basées sur l'ITS,
ces cichlidés abritent respectivement sept, trois et une espèces de
Cichlidogyrus . Des haplotypes de parasites identiques ont été
systématiquement retrouvés chez des hôtes conspécifiques. Cette
spécificité d'hôte est plus marquée que ne le laisse supposer l'arbre
phylogénétique ( Fig. 1 ), car la plupart des haplotypes
représentent plusieurs individus ( Tableau 2 ). |
| . |
|
spèces hôtes |
SON ADNr |
COI |
nombre estimé d'espèces |
|
#séquences |
#haplotypes |
distances |
#séquences |
#haplotypes |
distances |
Ziętara & Lumme |
Hansen et
al . |
|
C. horei |
30 |
4 |
0,1–0,7 |
2 |
2 |
11.6 |
1 |
2 |
|
G. pfefferi |
5 |
3 |
0,1–0,3 |
3 |
3 |
0,5–2,2 |
1 |
2 |
|
I. loocki |
8 |
3 |
1,3–2,0 |
5 |
5 |
0,3–17,8 |
3 |
3 |
|
Li. dardennii |
5 |
3 |
0,1–0,3 |
3 |
3 |
0,5–17,0 |
1 |
2 |
|
Lo. labiatus |
46 |
26 |
0,1–3,9 |
3 |
3 |
12,6–14,7 |
7 |
3 |
|
Pé. famula |
6 |
3 |
0,2–1,5 |
3 |
3 |
6,5–16,8 |
2 |
3 |
|
Pe. fasciolatus |
3 |
2 |
0,9 |
3 |
3 |
0,2–15,8 |
1 |
2 |
|
Pe. macrognathus |
3 |
1 |
/ |
6 |
6 |
1,1–18,0 |
1 |
5 |
|
Pé. polyodon |
8 |
6 |
0,6–4,3 |
5 |
5 |
1,8–19,3 |
5 |
4 |
|
Pe. trewavasae trewavasae |
2* |
/ |
/ |
5 |
5 |
0,4–20,1 |
|
|
|
Pe. trewavasae ephippium |
10 (+2*) |
3 |
2.4–3.2 |
2 |
2 |
19.3 |
3 |
2 |
|
Ps. babaulti du nord |
2 |
1 |
/ |
3 |
2 |
0,7 |
1 |
1 |
|
Ps. babaulti du sud |
3 |
2 |
0,3 |
5 |
4 |
0,7–22,0 |
1 |
3 |
|
Ps. curvifrons |
12 |
6 |
0,1–6,3 |
7 |
7 |
0,4–14,7 |
4 |
2 |
|
Ps. marginatus |
13 |
5 |
0,1–2,5 |
2 |
2 |
0,2 |
2 |
1 |
|
S. diagramma |
23 |
4 |
0,1–1,5 |
2 |
2 |
14.4 |
3 |
2 |
|
T. annectens |
5 |
3 |
0,2–5,7 |
4 |
4 |
0,2–27,8 |
2 |
2 |
|
T. brichardi |
6 (+3*) |
2 |
3.4 |
9 |
6 |
0,7–18,4 |
2 |
2 |
|
T. duboisi |
3 |
1 |
/ |
1 |
1 |
/ |
1 |
1 |
|
T. moorii |
5 |
2 |
4.8 |
1 |
1 |
/ |
2 |
1 |
|
A. burtoni |
/ |
/ |
/ |
2 |
1 |
/ |
|
1 |
|
Se. robustus |
1 |
1 |
/ |
3 |
3 |
1,1–1,9 |
1 |
1 |
|
N. fasciatus |
1 |
1 |
/ |
/ |
/ |
/ |
1 |
/ |
|
| . |
Distances génétiques par paires
corrigées gamma (en %) entre les haplotypes de Cichlidogyrus
récupérés au sein des espèces hôtes respectives, avec indication du
nombre de séquences et d'haplotypes uniques obtenus pour chaque région
séquencée. Le nombre estimé d' espèces de Cichlidogyrus par
espèce hôte dans cet ensemble de données est donné selon les règles
empiriques mentionnées (pour ITS) dans Ziętara & Lumme 57 et
(pour COI) dans Hansen et al. 69 .
(*non inclus dans l’analyse – non alignable). |
| . |
|
LT |
BW |
|
RDC |
B |
T |
Z |
|
Luhanga, 27/3/2010 3°31′04′′S, 29°08′57′′E |
Bemba, 26/3/2010 3°37′22′′S, 29°08′56′′E |
Lubumba, 24/3/2010 3°58′54′′S, 29°06′32′′E |
Mugayo Nord, 04/11/2010 6°46′42′′S, 29°33′30′′E |
Mtoto, 15/4/2010 6°58′03′′S, 29°43′50′′E |
Kapakwe, 15/4/2010 6°58′27′′S, 29°44′05′′E |
Mufazi, 13/4/2010 7°05′12′′S, 29°54′45′′E |
Kikoti, 20/4/2010 7°11′28′′S, 30°04′01′′E |
Nyanza Lac, 05/02/2010 4°14'38" S, 29°33'17" E |
Mtosi, 24/4/2008 7°35'27''S, 30°38´29′′E |
Musamba, 25/4/2008 7°49'54′′S, 30°56′49′′E |
Kalambo Lodge, 15–19/4/2008 8°37'22''S, 31°12'02''E |
Muzumwa, 09/03/2011 8°42'06"S, 31°11'60''E |
Pointe Wonzye, 04/12/2008 8°43'31''S, 31°08'00''E |
Île Mutondwe, 04/11/2008 08°42'09'', 31°07'12''E |
Delta du fleuve Kalambo, Chipwa, 9/2011 8° 36' 6'' S, 31°11'
12'' E |
Île de Mbita, 9-10/4/2008 8°44'55''S, 31°05'28''E |
Kasakalawe/Chanzimu, 13/4/2008 8°46'52''S,31°05'25''E |
Fiwili, 18/7/2010 11°57'S 30°15'E |
|
Tropheini |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' C. ' horei (Günther,
1894) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1)3/1/1 |
|
(9)24/0/- |
|
|
|
|
(1)3/1/1 |
|
|
|
' G. ' pfefferi (Boulenger,
1898) |
|
|
|
|
(1)1/1/1 |
|
|
|
|
|
|
(3)4/2/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I. loocki (Sondage,
1949) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1)2/2/2 |
(2)6/3/3 |
|
|
|
|
|
|
|
Li. dardennii (Boulenger,
1899) |
|
(1)2/1/1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1)2/0/- |
(1)1/2/1 |
|
|
|
|
|
|
|
Lo. labiatus (Boulenger,
1898) |
|
|
(1)4/1/1 |
|
|
|
|
|
|
(1)2/1/1 |
(1)2/1/1 |
(5)36/0/- |
|
|
|
|
(1)2/0/- |
|
|
|
Pé. famille Matthes
et Trewavas, 1960 |
|
|
|
|
|
|
|
(1)1/1/1 |
|
|
|
|
|
|
(2)5/2/2 |
|
|
|
|
|
Pé. fasciolatus Boulenger,
1914 |
|
|
|
|
(1)3/3/3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pe. macrognathus Yamaoka,
1983 |
(1)0/3/- |
|
|
|
|
(1)3/3/3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pé. polyodon Boulenger,
1898 |
(1)1/1/1 |
(1)0/1/- |
|
(1)1/2/1 |
|
|
|
|
|
|
(2)5/1/1 |
|
|
|
|
|
(1)1/0/- |
|
|
|
Pé. trewavasae sondage trewavasae ,
1948 |
|
|
|
|
|
|
|
(3)2/5/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pe. trewavasae ephippium Brichard,
1989 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1)6/0/- |
|
(2)6/2/2 |
|
|
|
nord Ps.
Babaulti (Pellegrin,
1927) |
|
(1)2/3/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ps. babaulti du sud |
|
|
|
|
|
|
(2)0/2/- |
(1)1/1/1 |
|
|
|
(2)2/2/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ps. curvifrons (Poll,
1942) |
(1)1/0/- |
(1)3/2/2 |
|
(1)2/2/2 |
|
|
|
|
|
|
|
(2)4/1/1 |
|
(1)1/1/1 |
|
|
|
(1)1/1/1 |
|
|
Ps. marginatus (Poll,
1956) |
|
(1)2/2/2 |
(2)11/0/- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S. diagramma (Günther,
1894) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6)21/2/2 |
|
|
|
|
(1)2/0/- |
|
|
|
T. annectens Boulenger,
1900 |
|
|
|
(2)4/4/4 |
|
(1)1/0/- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T. brichardi Nelissen
et Thys van den Audenaerde, 1975 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(4)9/9/6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T. duboisi Marlier,
1959 |
|
(1)3/1/1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T. moorii Boulenger,
1898 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2)5/1/1 |
|
|
|
|
|
Haplochromini |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A. burtoni (Günther,
1894) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1)0/2/- |
|
|
|
|
Se. robustus (Günther,
1864) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1)1/3/- |
|
Lamprologini |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N. fasciatus (Boulenger,
1898) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1)1/0/- |
|
|
|
|
|
|
|
|
| . |
|
Les nombres entre parenthèses indiquent le nombre de spécimens de
poissons hôtes utilisés ; les autres nombres représentent le nombre de
spécimens de
Cichlidogyrus séquencés
comme suit : nombre de séquences d'ADNr ITS nucléaires obtenues/nombre
de séquences COI mitochondriales obtenues/nombre de spécimens dont les
deux séquences ont été obtenues.
LT
: Lac Tanganyika ;
BW
: Zones humides de Bangweulu ;
RDC
: République démocratique du Congo ;
B
: Burundi ;
T
: Tanzanie ;
Z
: Zambie. |
| . |
| Figure 1 : |
| . |
 |
| . |
| Cladogramme consensuel des
vers plats appartenant au genre Cichlidogyrus infectant les
cichlidés du lac Tanganyika. |
| . |
| Cladogramme basé sur les
séquences combinées de l'ITS-1 nucléaire, de l'ADNr 5.8S, de l'ITS-2 et
du COI mitochondrial des cichlidés trophéïnés parasitant
Cichlidogyrus du lac Tanganyika et des groupes externes mentionnés
dans le tableau 2. Le support statistique est présenté sous forme de
probabilité postérieure sous bootstrap BI/ML. Les clades qui ne donnent
pas une valeur de support de 85 ou de 70 sous BI ou ML, respectivement,
ont été regroupés ; « – » indique qu'un clade n'a pas été récupéré dans
une analyse particulière. Les étiquettes des extrémités indiquent les
espèces hôtes avec la localité d'échantillonnage et le pays (C :
République démocratique du Congo ; B : Burundi ; T : Tanzanie et Z :
Zambie) et sont colorées selon le genre d'hôte, conformément à la figure
4. Les assemblages monophylétiques infectant une espèce hôte sont
encadrés. Entrée : Parasites de Cichlidogyrus (300–400 μm de longueur)
sur les branchies de Sarotherodon melanotheron Rüppell, 1852
(photographie prise par l'auteur AP). |
| . |
| Analyses phylogénétiques : |
| . |
La reconstruction de l'arbre sur
la base de l'ensemble de données concaténées ( Fig. 1 ) a montré
que tous les monogènes du Tanganyika sont regroupés dans un clade bien
soutenu. Dans l'arbre, les parasites des taxons suivants sont regroupés
ensemble : le non-trophéiné Neolamprologus fasciatus endémique du
Tanganyika , l'haplochromine Astatotilapia burtoni , qui est
endémique du bassin du Tanganyika mais pas du lac lui-même et les
Tropheini. Au sein de ce groupe, Cichlidogyrus infectant les
trophéinés est soutenu comme un groupe monophylétique. Cichlidogyrus
sclerosus et son congénère C. zambezensis , ce dernier
hébergé sur l'haplochromine fluviatile Serranochromis robustus jallae
, sont clairement séparés des parasites du Tanganyika. Les groupes bien
soutenus de Cichlidogyrus sont organisés selon les espèces hôtes.
Français Indépendamment de la localité d'échantillonnage, '
Ctenochromis ' horei , ' Gnathochromis ' pfefferi ,
Limnotilapia dardennii , Lobochilotes labiatus ,
Simochromis diagramma et Pseudosimochromis babaulti du sud
abritent tous des clades de parasites monophylétiques. Les parasites de
Ps. curvifrons sont paraphylétiques par rapport aux lignées
infectant Ps. babaulti du nord et Ps. marginatus . Ceci
est en accord avec les affinités des hôtes au sein d'un genre et avec la
récente suppression de Ps. babaulti et Ps. marginatus de
Simochromis 25 . Les parasites Tropheus se
regroupent au niveau du genre hôte. Les clades des parasites T.
annectens et T. brichardi ne suivent pas strictement les
limites des espèces hôtes. Cependant, les haplotypes n'ont jamais été
partagés entre les espèces de Tropheus . Petrochromis
n'héberge pas d'assemblages de parasites monophylétiques, ce qui est en
accord avec sa paraphylie et la nécessité d'une révision taxonomique
8 , 24 .
Une diminution du taux de spéciation vers le présent peut être observée
sur le graphique LTT ( Fig. 2 ). Une valeur positive (17,41) pour
la différence de score AIC entre le modèle à taux constant et le modèle
à taux variable les plus ajustés indique que le taux de spéciation de
Cichlidogyrus a évolué au fil du temps. Cette différence était
significative car elle surpassait toutes les différences de scores AIC
comparant les mêmes modèles pour 5 000 arbres générés aléatoirement de
même taille. |
| . |
 |
| . |
Graphique des lignées à
travers le temps pour les parasites Cichlidogyrus de Tropheini.
Graphique des lignées à travers le temps basé sur un arbre ADNr ITS
bayésien ultramétrique, construit sous un modèle d'horloge détendu, de
Cichlidogyrus vivant sur des hôtes trophéines ; axe des x : temps ; axe
des y : nombre de lignées (échelle logarithmique). |
| . |
| Analyses cophylogénétiques : |
| . |
| Les deux meilleures solutions
proposées par le logiciel CoRe-Pa, basées soit sur un arbre parasitaire
résolu, soit sur un arbre parasitaire avec une polytomie basale, sont
présentées dans le Tableau 3. La meilleure solution pour l'arbre résolu
et la deuxième meilleure solution dans le cas de la polytomie
n'invoquaient aucun changement d'hôte et un coût irréaliste, par rapport
aux coûts déduits pour d'autres événements. Ces scénarios ne sont pas
biologiquement plausibles. Les schémas de coûts ne doivent pas seulement
être jugés sur une base purement statistique, mais également inclure le
contexte biologique 33 . Par conséquent, ces reconstructions n'ont pas
été prises en compte plus avant et, dans le cas du scénario de l'arbre
résolu, remplacées par la deuxième meilleure proposition ( Fig. 3 ).
Français Les deux solutions retenues, avec et sans polytomie dans
l'arbre parasitaire, ont proposé des nombres comparables pour tous les
événements, avec un nombre élevé (33–40) de tris, des fréquences
similaires de cospéciation (11–13) et d'événements de spéciation
intra-hôte (12-11) et un faible nombre de commutateurs d'hôtes (4-3) (
Tableau 3 ; Fig. 3 ). Dans le progiciel TreeMap, le nombre inféré de 12
événements de cospéciation s'est avéré statistiquement significatif à un
niveau de 0,05, car seulement 421 réconciliations aléatoires sur 10 4
incluaient 12 événements de cospéciation ou plus. Cela indique une
congruence topologique entre les arbres hôte et parasitaire. La
congruence globale entre les génotypes mitochondriaux de l'hôte et du
parasite était significative dans une analyse cophylogénétique basée sur
la distance ( P < 0,01) bien que seulement 11 liens sur 47 aient été
signalés comme significatifs à un niveau de 0,05. |
| . |
| Tableau 3 : Rapprochements
cophylogénétiques proposés par CoRe-Pa. |
| |
|
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Qualité |
Coût total |
Cospéciation |
Tri |
Reproduction |
Commutateur d'hôte |
|
Entièrement résolu |
0,0054 |
0,61 |
12 (0,017) |
51 (0,0040) |
15 (0,013) |
0 (0,97) |
|
|
0,04 |
9,53 |
11 (0,25) |
33 (0,074) |
12 (0,20) |
4 (0,47) |
|
Polytomie basale |
0,012 |
7,98 |
13 (0,16) |
40 (0,051) |
11 (0,19) |
3 (0,60) |
|
|
0,018 |
0,032 |
10 (0,000998) |
65 (0,00017) |
17 (0,00067) |
0 (0,998) |
|
| . |
| Valeur de qualité, valeur totale
et nombre d'événements de co-spéciation, de tri, de duplication et de
changement d'hôte invoqués (avec le coût estimé entre parenthèses) pour
les deux meilleures réconciliations CoRe-Pa des arbres Tropheini (basés
sur les marqueurs AFLP tels que publiés par Koblmüller et al. 8 ) et
Cichlidogyrus (basés sur l'ensemble de données
nucléaires-mitochondriales concaténées). Les analyses cophylogénétiques
basées sur la topologie ont utilisé soit un arbre ML parasitaire
entièrement résolu, soit un arbre ML parasitaire avec des nœuds pris en
charge par une valeur bootstrap inférieure à 70 réduite. Les solutions
représentées en gras sont visualisées dans la Fig. 3 . |
| . |
|
 |
| . |
Réconciliations
cophylogénétiques des arbres Cichlidogyrus et Tropheini.
Réconciliations CoRe-Pa des arbres de Tropheini (basées sur AFLP
tel que publié par Koblmüller et al. 8 ) et de Cichlidogyrus
(basées sur l'ensemble de données nucléaires-mitochondriales
concaténées). À gauche : deuxième meilleure réconciliation basée sur un
arbre ML parasitaire entièrement résolu ; à droite : meilleure
réconciliation basée sur un arbre ML parasitaire où les nœuds avec un
support bootstrap inférieur à 70 ont été regroupés. Les branches et les
extrémités représentent les hôtes (gris foncé) ou les parasites (en
pointillés/gris clair). Dessins réalisés par l'auteur TH ; photographies
prises par les auteurs PIH ( I. loocki , L.
labiatus , Pe. famula , T. moorii ),
MPMV ( Ps. curvifrons ) et MVS ( L. dardennii ) et
reproduites avec l'aimable autorisation de Radim Blažek (' C. '
horei , ' G. ' pfefferi , nord Ps.
babaulti , S. diagrammema , T. duboisi )
et Ad Konings ( A. burtoni , Pe. fasciolatus
, Pe. macrognathus , Pe. polyodon , Pe.
trewavasae ephippium , Ps. marginatus , sud Ps.
babaulti , T. brichardi ). |
| . |
| Discussion : |
| . |
| La tribu de cichlidés
Tropheini du lac Tanganyika, une lignée d'espèces endémiques et
principalement rupestres, a servi de cadre à l'étude de la diversité et
de la spéciation des parasites. La reconstruction phylogénétique de ses
parasites monogènes appartenant au genre Cichlidogyrus a couvert la
quasi-totalité des espèces hôtes nominales de tropheini et a permis
d'établir un schéma clair de spécificité d'hôte et de congruence entre
les arbres hôtes et parasites. Nous explorons le lien entre la diversité
parasitaire et la biologie des espèces hôtes respectives, ainsi que le
lien entre les mécanismes de spéciation parasitaire et le rayonnement au
sein des Tropheini. |
| . |
Les représentants de
Cichlidogyrus sont abondants sur les hôtes trophéïnes : notre
échantillonnage montre une image dans l'ensemble des populations de la
tribu, similaire aux études de cas précédentes 26 , 27 ,
28 , de deux tiers à tous les hôtes infectés (données non
publiées). De nombreuses espèces du genre infectent une seule espèce
hôte (ou un ensemble d'espèces étroitement apparentées) 21 .
Cependant, la spécificité de l'hôte varie selon les espèces et les
lignées de Cichlidogyrus et le degré de spécificité de l'hôte
peut être corrélé à la biologie de l'hôte 34 . Dans le lac
Tanganyika, une espèce plutôt généraliste de Cichlidogyrus
infecte les bathybatines pélagiques 18 . Inversement, sur la base
des quelques études de cas basées sur la morphologie, les représentants
de Cichlidogyrus semblaient être spécifiques à l'hôte sur les
cichlidés littoraux du Tanganyika (aperçu dans Pariselle et al. 18
).
Nous confirmons génétiquement cette spécificité d'hôte pour les
parasites appartenant à Cichlidogyrus de toute la tribu Tropheini.
Les populations de cichlidés conspécifiques hébergent les mêmes espèces
de parasites même lorsqu'elles sont géographiquement séparées par des
centaines de kilomètres. Ceci est clairement illustré par les clades de
parasites monophylétiques et monospécifiques de ' C. ' horei
, ' G. ' pfefferi , L. dardennii et du sud de
Ps. babaulti ( Tableau 1 ; Fig. 1 ). Inversement, les espèces
hôtes sympatriques avaient leur propre ensemble d'espèces de parasites.
Sur plusieurs localités de la RD du Congo et de la Zambie,
l'échantillonnage comprenait des représentants des quatre principaux
clades au sein de Tropheini, à savoir Lobochilotes ,
Petrochromis / Interochromis , Tropheus et les «
habitants du substrat » dont ' Ctenochromis ', ' Gnathochromis
', Limnotilapia , Pseudosimochromis et Simochromis
8 . Leur faune parasitaire ne s'est jamais chevauchée. Comme les
œufs de Cichlidogyrus se développent loin de leur hôte parental
et que les larves infectieuses doivent coloniser activement un nouveau
poisson, chaque individu parasite de l'étude peut être considéré comme
une observation indépendante. Il y a donc peu de risque de surestimer la
spécificité de l'hôte, contrairement aux espèces à reproduction clonale
sur l'hôte (par exemple chez Gyrodactylus 35 ). |
| . |
Cette spécificité d'hôte
constante est remarquable au vu de l'écologie des trophéines ; avec de
nombreuses espèces habitant en sympatrie un habitat rocheux peu profond,
les possibilités de transfert de parasites sont nombreuses. Les
Monogènes reconnaissent leur hôte grâce aux propriétés chimiques et
physiques spécifiques à l'espèce du tégument du poisson 36 . La
variation interindividuelle et interspécifique des signaux chimiques
caractérise les cichlidés, comme le montrent les tests de reconnaissance
des partenaires basés sur l'olfaction 37 . Les signaux chimiques
émis par les hôtes trophéines pourraient donc expliquer comment les vers
plats appartenant à Cichlidogyrus distinguent les espèces
d'hôtes. Le cycle biologique de Cichlidogyrus semble sélectionner
une colonisation réussie par le biais de la spécialisation de l'hôte,
car les larves ont une courte durée de vie et doivent donc trouver
rapidement un hôte approprié. De plus, elles n'ont pas de seconde chance
car elles ne peuvent pas changer d'hôte après l'attachement 29 .
Il convient de noter que des facteurs autres que la colonisation de
l'hôte peuvent également expliquer la spécificité de l'hôte. Français
Par exemple, la survie différentielle après avoir atteint une colonie de
fourmis hôtes est considérée comme importante dans la spécificité des «
espèces de coucou » des papillons lycénidés myrmécophiles 38 . La
compétition peut également servir de médiateur à la spécificité de
l'hôte 39 . Quoi qu'il en soit, la gamme étroite d'hôtes de
Cichlidogyrus du système trophéine est frappante, étant donné que
certains congénères affichent une gamme d'hôtes beaucoup plus large, à
la fois dans 18 et à l'extérieur du lac Tanganyika 34 ,
40 . Les monogènes plus spécifiques ont tendance à se trouver sur
des poissons de plus grande taille ou à plus longue durée de vie et leur
spécialisation est considérée comme une conséquence d'une plus grande
prévisibilité des ressources hôtes 41 , 42 .
Bien que Mendlová et Šimková 34 n'aient pas trouvé de preuve de
cette hypothèse de prévisibilité chez Cichlidogyrus en ce qui
concerne la taille du corps de l'hôte ou la longévité, nous supposons
que les cichlidés littoraux trophéines du lac Tanganyika sont des
ressources prévisibles en ce qui concerne leur écologie car leur
abondance et leur richesse en espèces sont plus élevées que pour les
cichlidés du domaine pélagique 5 , 17 . Il a été observé
dans de nombreux systèmes que les hôtes abondants abritent des espèces
de parasites plus spécialisées 43 . |
| . |
Nos estimations de la richesse
spécifique ( Tableau 1 ) doivent être considérées avec prudence
car la taille de l'échantillon joue un rôle dans l'estimation du nombre
d'espèces. Le risque de sous-estimer la diversité parasitaire est
particulièrement valable chez les espèces hôtes rarement
échantillonnées. Cependant, pour les hôtes trophéines dont les espèces
de Cichlidogyrus sont bien caractérisées morphologiquement, les
estimations basées sur l'ITS correspondent au nombre d'espèces de
parasites formellement décrites : une chez ' Ctenochromis '
horei , ' Gnathochromis ' pfefferi et Limnotilapia
dardennii 44 et trois chez Interochromis loocki 24
et Simochromis diagramma 25 . En se concentrant sur les
espèces les mieux échantillonnées, un modèle émerge. Un hôte
sténotopique tel que Lobochilotes labiatus abrite plus d'espèces
de Cichlidogyrus que de cichlidés eurytopiques tels que les
espèces de Simochromis et ' C. ' horei 8 .
Cela correspond à l'observation basée sur la morphologie de Grégoir et
al. 28 , qui était basée sur seulement deux espèces de trophéines.
Par conséquent, comme suggéré par Pariselle et al. 18 ,
l'isolement ou la migration de l'hôte influence la richesse spécifique
de la communauté de Cichlidogyrus . De nombreux facteurs ont été
mentionnés pour déterminer le nombre de parasites congénères qu'un hôte
supporte, mais les mécanismes évolutifs restent mal compris 45 .
L'isolement parmi les populations d'hôtes est suggéré comme un moteur
important de la structuration génétique des parasites 16 , 46
et est ici proposé pour favoriser également la spéciation des parasites. |
| . |
| Les parasites fournissent des
données complémentaires utiles sur leur poisson hôte, par exemple pour
élucider la biogéographie, l'identification ou la phylogénie de leurs
hôtes 47 . Les affinités entre les représentants de
Cichlidogyrus dans des hôtes étroitement apparentés corroborent les
découvertes récentes sur les relations phylogénétiques parmi les
Tropheini sous plusieurs aspects. Premièrement, le regroupement
monophylétique des parasites de Tropheus inclut les parasites
trouvés sur T. duboisi . La position de cette espèce hôte au sein
de Tropheus n'a été confirmée que récemment 8 .
Deuxièmement, les parasites de Ps. marginatus sont
phylogénétiquement imbriqués dans ceux de Ps. curvifrons
étroitement apparentés , corroborant leurs espèces de parasites communes
25 . Troisièmement, bien qu'ils partagent également une espèce de
Cichlidogyrus 25 , les Ps. babaulti du nord et du
sud sont également infectés par des monogènes qui ne sont pas
étroitement apparentés. Par conséquent, les données parasitaires
concordent avec la différenciation morphologique et génétique des
populations de Ps. babaulti géographiquement séparées. Cela
correspond à la division historique du lac en sous-bassins, dont
l’influence sur la diversité des cichlidés est bien documentée 48
. |
| . |
| La congruence significative
entre les phylogénies de l'hôte et du parasite dans l'analyse
cophylogénétique basée sur la distance et la topologie suggère que la
cospéciation a joué un rôle important dans la diversification de la
faune parasitaire des Tropheini. Bien que la spécificité de l'hôte
puisse favoriser la cospéciation 49 , elle n'empêche pas la
spéciation par changement d'hôte 50 . Depuis l'article fondateur
de Hafner et al. 51 qui a montré la cospéciation entre les
gaufres et leurs poux ectoparasites, la cospéciation a rarement été
démontrée. De nombreuses études empiriques ont montré que la combinaison
des traits de l'hôte et du parasite et de la biogéographie conduisait à
peu ou pas de congruence entre les phylogénies de l'hôte et du parasite,
même lorsqu'il existe une spécificité de l'hôte (par exemple pour les
souris à quatre rayures Rhabdomys et les poux suceurs Polyplax
52 ). Même dans le cas de la congruence phylogénétique, d'autres
facteurs se sont avérés être des moteurs plus puissants de la spéciation
que les interactions coévolutives, tels que l'isolement géographique
(yuccas et papillons prodoxid associés 53 ) ou le changement
d'hôte contraint phylogénétiquement (gobies et Gyrodactylus 54
). Pour plusieurs systèmes, y compris Cichlidogyrus des cichlidés
d'Afrique de l'Ouest, le changement d'hôte et la duplication ont été
suggérés comme étant les mécanismes sous-jacents de la diversité
parasitaire 32 . La différence avec nos résultats pourrait s'expliquer
par deux facteurs. Les cichlidés d'Afrique de l'Ouest sont infectés par
une combinaison de monogènes spécialistes et plus généralistes et les
différences écologiques entre les trophéines lacustres et les cichlidés
plus généralistes inclus dans Mendlová et al. 32 sont
considérables. Les rapprochements topologiques suggèrent que les
événements de cospéciation et de duplication sont trois à quatre fois
plus fréquents que les changements d'hôte dans le système
Cichlidogyrus - Tropheini et que le nombre d'extinctions de
parasites est élevé ( tableau 3 ). Une extinction fréquente est
probable en cas de surdispersion, fréquente chez les Monogenea 20
. De plus, la taille souvent petite et fluctuante des populations de
Monogènes 55 pourrait favoriser l'extinction. Le fait que le
résultat soit très similaire pour les arbres de parasites entièrement
résolus et non résolus ( tableau 3 ; figure 3 ) suggère
que les proportions sont robustes et ne sont pas le résultat d'une
mauvaise résolution phylogénétique. Afin de distinguer la cospéciation
du changement d'hôte préférentiel, un délai absolu est nécessaire pour
établir la congruence temporelle 54 , 56. La plupart des distances
génétiques parasitaires entre les espèces hôtes varient entre 2 et 7 % (ITS).
En utilisant l'estimation de 2,4 Mya de Koblmüller et al. 8 pour
l'ancêtre commun le plus récent de Tropheini, cela se traduirait
par un taux de mutation ITS de Cichlidogyrus de 0,4 à 1,5 % my −1
. Ce taux est inférieur au taux de 5,5 % my −1 calculé pour
Gyrodactylus 57 mais ce monogène a un temps de génération
beaucoup plus court 35 , ce qui entraîne probablement un taux de
mutation plus élevé 58 . Par conséquent, quatre conclusions viennent à
l'esprit. (1) La divergence au sein de Tropheini et de la
faune de Cichlidogyrus associée était probablement concomitante.
(2) La polytomie basale dans l'arbre parasitaire ( Fig. 1
) représente une véritable polytomie (« dure »), congruente avec la
radiation rapide de l'hôte qui a conduit à une polytomie similaire 8
. (3) Il est probable que la diversification de ces vers plats se
soit produite dans les limites du lac Tanganyika en raison de la
monophylie de l'ingroupe. (4) La diversification simultanée des
cichlidés trophéïnes et de leurs parasites appartenant à
Cichlidogyrus pourrait expliquer la diminution du taux de spéciation
des parasites vers le présent ( Fig. 2 ), ce qui indique un
événement de radiation 1 . |
| . |
| La cospéciation a rarement été
observée chez les parasites des poissons en général 22 , 33
, 59 ou chez les monogènes en particulier 60 . Dans les
systèmes terrestres, il s'agit dans de nombreux cas d'un sous-produit
d'un contact restreint entre les espèces hôtes (poux broyeurs
phthirapterans des gaufres de poche géomyidés 51 ou des oiseaux
de mer 61 ) ou d'une transmission principalement verticale (
bactéries symbiotiques Buchnera des pucerons Uroleucon 30
). Aucune de ces deux hypothèses ne s'applique aux représentants de
Cichlidogyrus infectant les nombreux cichlidés 8 trophéines
présents en sympatrie. Notre étude couvre les hôtes aquatiques présents
dans les mêmes microhabitats lentiques, avec des parasites qui ont un
stade larvaire libre et recolonisant activement, offrant ainsi de
nombreuses possibilités de changement d'hôte. Cependant, le mode de
colonisation du parasite, avec un seul événement d'attachement à l'hôte,
un court temps de survie loin de l'hôte et un accès suffisant aux
espèces hôtes typiques dans l'habitat littoral, semble sélectionner un
choix d'hôte spécifique et s'opposer au transfert écologique. L'analyse
phylogénétique basée sur la topologie et les clusters monophylétiques
associés à l'hôte soulignent le rôle tout aussi important de la
spéciation intra-hôte. Son importance a été rapportée chez d'autres
monogènes dactylogyridiens, par exemple sur les cichlidés d'Afrique de
l'Ouest 32 , les cyprinidés européens 62 et les
pangasiidés asiatiques 63 . Par conséquent, nous proposons que la
faune monogène s'est diversifiée en raison de l'isolement reproductif
suivant la spéciation de l'hôte, en combinaison avec la duplication
intra-hôte résultant en une diversité parasitaire plus élevée que la
diversité hôte. Lorsque les parasites d'une espèce hôte partagée sont
des taxons frères comme dans le cas présent, Poulin 64 suggère
qu'ils peuvent être nommés groupes d'espèces parasites. Par conséquent,
nous proposons que la faune de Cichlidogyrus sur les cichlidés
trophéines soit un cas négligé des nombreuses radiations d'invertébrés
du lac Tanganyika 17 . |
| . |
| Méthodes : |
| . |
Échantillonnage et collecte de données
|
| . |
| Des spécimens de
Cichlidogyrus ont été collectés sur 18 des 23 espèces nominales de
Tropheini. Les espèces nominales exclues sont Tropheus kasabae
Nelissen, 1977, un synonyme junior de T. moorii 65 ; T.
polli Axelrod, 1977, un synonyme junior de T. annectens 65
; Petrochromis horii Takahashi & Koblmüller, 2014, qui était
inconnu au moment de l'échantillonnage ; Petrochromis orthognathus
Matthes, 1959 et Simochromis margaretae Axelrod et Harrison,
1978. Cette dernière espèce n'est connue que par quatre spécimens de
musée, dont aucun ne se prêtait aux analyses moléculaires ; l'inspection
de deux de ces individus n'a pas révélé de monogènes branchiaux. Nous
faisons la distinction entre Ps. babaulti du nord et du
sud . En effet, les populations du sud forment un clade 8 distinct et
ont été classées au moment de l'échantillonnage comme une espèce
distincte : Ps. pleurospilus (Nelissen, 1978). Cette
dernière espèce n'a été synonymisée que récemment avec Ps. babaulti
25 . Par conséquent, l'échantillonnage des taxons hôtes est
presque aussi exhaustif que possible. Étant donné la position des
Tropheini au sein des haplochromines (voir ci-dessus), deux
haplochromines ont été incluses pour utiliser leurs parasites
appartenant à Cichlidogyrus comme groupe externe. Il s'agit d'
Astatotilapia burtoni , une haplochromine dérivée présente dans les
affluents du lac Tanganyika et d'un représentant plus basal des
Haplochromini, Serranochromis robustus jallae d'Afrique
australe. De plus, le lamprologine Neolamprologus fasciatus a été
échantillonné car il partage l'habitat littoral rocheux avec de nombreux
tropheines. La figure 4 et le tableau 2 fournissent un
aperçu détaillé des espèces et des emplacements d'où les échantillons
ont été prélevés. |
| . |
 |
| . |
| Localités du lac Tanganyika
échantillonnées pour les parasites cichlidés monogènes appartenant à
Cichlidogyrus . |
| . |
| Les codes couleur font référence
aux genres hôtes respectifs ; la carte en bas à droite détaille les
localités d'échantillonnage et les principales villes. Pour plus de
détails, voir le tableau 2. Les photographies ont été prises par
les auteurs PIH ( I. loocki , L. labiatus , Pe. famula
, T. moorii ), MPMV ( Ps. curvifrons ) et MVS ( L.
dardennii ) et reproduites avec l'aimable autorisation de Radim
Blažek (' C. ' horei , ' G. ' pfefferi ,
S. diagramma ). Carte créée à l'aide d'ArcMap v.10 et reproduite
avec l'aimable autorisation de Tobias Musschoot. |
| . |
Des cichlidés ont été collectés
dans le littoral rocheux du lac Tanganyika à l'aide de filets maillants.
Les protocoles d'échantillonnage ont été approuvés par les autorités
nationales compétentes suivantes et réalisés conformément au permis de
recherche n° 2007-258-CC-2006-151 de la Commission tanzanienne pour la
science et la technologie (COSTECH) ; au protocole d'accord entre
l'Université Karl-Franzens de Graz, l'Université de Zambie et le
Département des pêches du ministère zambien de l'Agriculture et des
Coopératives ; et à la déclaration de mission n° 013/MNRST/CRHU/2010 du
Ministère de la Recherche Scientifique et Technologique–CRH-Uvira. Les
poissons nouvellement collectés ont été maintenus en vie dans des
bassins aérés jusqu'à leur sacrifice par section de la moelle épinière
ou par surdose de MS-222. Ils ont été identifiés au niveau de l'espèce
in situ et dans les laboratoires du MRAC, où sont conservés les témoins
hôtes ( Tableau 4 ).
Les poissons hôtes ou leurs arcs branchiaux ont été fixés et conservés
dans de l'éthanol pur. Les branchies ont été inspectées à la recherche
de monogènes sous un stéréomicroscope Olympus SZX12. Les parasites ont
été isolés à l'aide d'une aiguille de dissection et conservés dans 5 μl
de milli-Q H 2 0 à −20 °C en attendant un traitement ultérieur. Un petit
nombre de vers plats ont été conservés sur le terrain sur des cartes FTA
Classic (Whatman). Au total, des séquences ont été obtenues à partir de
220 spécimens de parasites, récupérés sur 84 individus de cichlidés.
L'extraction de l'ADN, l'amplification par PCR et le séquençage ont
suivi la méthode Vanhove 23 ( méthodes supplémentaires S1 ). Le
tableau 4 présente les numéros d'accès GenBank des séquences de
parasites obtenues. |
| . |
| Tableau 4 :
Numéros d'accession des séquences de parasites et des hôtes témoins
utilisés pour reconstruire une phylogénie nucléaire-mitochondriale
combinée des cichlidés trophéines infectant Cichlidogyrus du lac
Tanganyika. |
| . |
|
Espèces hôtes |
Pays |
Localité |
Numéros d'accès du RMCA (MRAC) (bons d'accueil) |
Numéros d'accès GenBank (séquences de parasites) |
|
ADNr |
COI |
|
' Ctenochromis ' horei * |
Tanzanie |
Mtosi |
B2-04-P-117 |
KT037139-41 |
KT037337 |
|
|
Zambie |
Kalambo Lodge |
B2-04-P-119-131 (1,4,5,6,7,8,9,10,11) |
KT037142-65 |
/ |
|
|
|
Île de Mbita |
B2-04-P-118 |
KT037166-8 |
KT037338 |
|
' Gnathochromis ' pfefferi* |
RD Congo |
Mtoto |
T10-2024 |
KT037169 |
KT037339 |
|
|
Zambie |
Kalambo Lodge |
B2-04-P-149-165 (1,2,3) |
KT037170-3 |
KT037340-1 |
|
Interochromis loocki* |
Zambie |
Kalambo Lodge |
B3-36-P-1 |
KT037174-5 |
KT037342-3 |
|
|
|
Muzumwa |
B1-23-P-339-341 (1,6) |
KT037176-81 |
KT037344-6 |
|
Limnotilapia dardennii* |
RD Congo |
Bemba |
B0-12-P-1205 |
KT037182-3 |
séquence trop courte pour GenBank |
|
|
Zambie |
Kalambo Lodge |
B2-04-P-132-148 (4) |
KT037184-5 |
/ |
|
|
|
Muzumwa |
T11_Lida5 |
KT037186 |
KT037347-8 |
|
Lobochilotes labiatus |
RD Congo |
Lubumba |
B0-12-P-312-315 (2) |
KT037187-90 |
KT037349 |
|
|
Tanzanie |
Mtosi |
B2-04-P-184-189 (1) |
KT037191-2 |
KT037350 |
|
|
|
Musamba |
B2-04-P-190-194 (2) |
KT037193-4 |
KT037351 |
|
|
Zambie |
Kalambo Lodge |
B2-04-P-166-181 (1,2,3,4,5) |
KT037195-230 |
/ |
|
|
|
Île de Mbita |
B2-04-P-113 |
KT037231-2 |
/ |
|
Petrochromis famula |
RD Congo |
Kikoti |
B0-12-P-866 |
KT037233 |
KT037352 |
|
|
Zambie |
Île de Mutondwe |
B2-04-P-195-199 (2,4) |
KT037234-8 |
KT037353-4 |
|
Pe. fasciolatus |
RD Congo |
Mtoto |
B0-12-P-861 |
KT037239-41 |
KT037355-7 |
|
Pe. macrognathus |
RD Congo |
Kapakwe |
T10-Pema1 |
KT037242-4 |
KT037358-60 |
|
|
|
Luhanga |
B0-12-P-1206 |
/ |
KT037361-3 |
|
Pé. polyodon |
RD Congo |
Bemba |
B0-12-P-1208-1210 (788) |
/ |
KT037364 |
|
|
|
Luhanga |
B0-12-P-1207 |
KT037245 |
KT037365 |
|
|
|
Mugayo Nord |
B0-12-P-1211 |
KT037246 |
KT037366-7 |
|
|
Tanzanie |
Musamba |
B2-04-P-200-201 (1,2) |
KT037247-51 |
KT037368 |
|
|
Zambie |
Île de Mbita |
B2-04-P-211 |
KT037252 |
/ |
|
Pe. trewavasae trewavasae |
RD Congo |
Kikoti |
B0-12-P-867, B0-12-P-456-457 (1,2) |
/ |
KT037369-72, une séquence trop courte pour GenBank |
|
Pe. trewavasae ephippium |
Zambie |
Île de Mbita |
B2-04-P-203-204 (1,2) |
KT037253-6 |
KT037373-4 |
|
|
|
Île de Mutondwe |
B2-04-P-202 |
KT037257-62 |
/ |
|
Pseudosimochromis babaulti* du
nord |
RD Congo |
Bemba |
B0-12-P-846 |
KT037263-4 |
KT037375-7 |
|
Ps. babaulti du
sud * |
RD Congo |
Kikoti |
B0-12-P-426 |
KT037265 |
KT037378 |
|
|
|
Mufazi |
B0-12-P-816-829 (3,8) |
/ |
KT037379-80 |
|
|
Zambie |
Kalambo Lodge |
B2-04-P-70-91 (1,10) |
KT037266-7 |
KT037381-2 |
|
Ps. curvifrons* |
RD Congo |
Bemba |
B0-12-P-430 |
KT037268-70 |
KT037383-4 |
|
|
|
Luhanga |
B0-12-P-748 |
KT037271 |
/ |
|
|
|
Mugayo Nord |
B0-12-P-750 |
KT037272-3 |
KT037385-6 |
|
|
Zambie |
Kalambo Lodge |
B2-04-P-98-110 (1,4) |
KT037274-7 |
KT037387 |
|
|
|
Kasakalawe/Chanzimu |
B2-04-P-97 |
KT037278 |
KT037388 |
|
|
|
Pointe Wonzye |
B2-04-P-95 |
KT037279 |
KT037389 |
|
Ps. marginatus* |
RD Congo |
Bemba |
B0-12-P-429 |
KT037280-1 |
KT037390-1 |
|
|
|
Lubumba |
B0-12-P-379-380 |
KT037282-92 |
/ |
|
Diagramme de Simochromis* |
Zambie |
Kalambo Lodge |
B2-04-P-52, B2-04-P-58-64 (1,4,5,6,8) |
KT037293-313 |
KT037392-3 |
|
|
|
Île de Mbita |
B2-04-P-114-115 (2) |
KT037314-5 |
/ |
|
Tropheus annectens |
RD Congo |
Kapakwe |
B0-12-P-1235 |
KT037316 |
/ |
|
|
|
Mugayo Nord |
B0-12-P-1212-1234 (660 673) |
KT037317-20 |
KT037394-7 |
|
T. brichardi |
Burundi |
Lac Nyanza |
B0-12-P-1236-1256 (1336,1339,1341,1345,1346) |
KT037321-6 |
KT037398-406 |
|
T. duboisi |
RD Congo |
Bemba |
B0-12-P-7 |
KT037327-9 |
KT037407 |
|
T. moorii |
Zambie |
Île de Mutondwe |
B2-04-P-205-210 (1,3) |
KT037330-4 |
KT037408 |
|
Astatotilapia burtoni* |
Zambie |
Mpulungu |
T11-CHC2** |
/ |
KT037409-10 |
|
Serranochromis Robustus Jallae *,*** |
Zambie |
Fiwili |
B5-15-P-1 |
KT037335 |
KT037411-3 |
|
Neolamprologus fasciatus |
Zambie |
Kalambo Lodge |
B2-04-P-212 |
KT037336 |
/ |
|
| . |
*Espèces de parasites
caractérisées morphologiquement et matériel de référence/type disponible
à partir d'études antérieures 24 , 25 , 40 , 44
, 86 .
**Également représenté dans la collection de tissus de
l'Institut zoologique de l'Université de Bâle.
***Bon parasite dans
la collection d'invertébrés du RMCA : MRAC 37791. |
| . |
| Analyses phylogénétiques des
parasites appartenant à Cichlidogyrus |
| . |
La séquence BLAST la plus proche
de GenBank, la séquence complète ITS-1 de Cichlidogyrus sclerosus
Paperna et Thurston, 1969 (DQ537359) a été incluse comme groupe externe
supplémentaire pour l'enracinement. L'alignement des séquences a été
réalisé par MUSCLE v.3.8 66 avec des mesures de distance et des schémas
de pondération de séquence par défaut. Les alignements résultants ont
été inspectés visuellement et améliorés dans MEGA v.5 67 . Dans le cas
de COI, l'alignement était simple car il n'y avait pas de lacunes et la
traduction en acides aminés (en utilisant le code mitochondrial de
l'échinoderme et du ver plat) n'a pas donné lieu à des codons non-sens
ou stop. Ces ensembles de données nucléaires et mitochondriales ont été
utilisés séparément pour une évaluation de la diversité génétique.
jModelTest v.0.1.1 68 a été utilisé pour sélectionner le modèle
d'évolution moléculaire optimal à partir d'un arbre optimisé par maximum
de vraisemblance (ML).
Sur la base du critère d'information d'Akaike corrigé (AICc), le modèle
TVM + Γ a été sélectionné pour l'alignement nucléaire et le modèle TIM2
+ I + Γ pour l'ensemble de données mitochondriales (avec un paramètre de
forme gamma de 0,40 pour l'ADNr ITS et de 0,11 pour le COI). Les
distances génétiques par paires corrigées gamma ont été calculées dans
PAUP* v.4.01b (Swofford, 2001, Sinauer Associates). Comme estimation
approximative de la diversité des espèces contenues dans l'échantillon,
le nombre d'haplotypes affichant au moins 1 % (pour l'ADNr ITS) et 2 %
de divergence (pour le COI) a été déterminé. Cela suit le seuil de
divergence ITS proposé pour correspondre aux limites des morpho-espèces
chez le monogène le mieux étudié, Gyrodactylus 57 et le
seuil de divergence de séquence entre les espèces couramment utilisé
dans le codage à barres 69 . |
| . |
| Pour la reconstruction de
l'arbre, un ensemble de données concaténées a été construit sur la base
des spécimens qui ont donné des séquences nucléaires et mitochondriales.
Pour une évaluation du contenu phylogénétique de l'ensemble de données,
nous avons effectué une analyse de cartographie de vraisemblance basée
sur le quatuor puzzling 70 implémenté dans TREE-PUZZLE v.5.2 71 . Dans
cet alignement combiné, la proportion de quatuors entièrement résolus
était de 85,2 %, avec 9,4 % partiellement résolus et 5,5 % non résolus.
Compte tenu de son contenu phylogénétique relativement élevé et de
l'utilisation de marqueurs évoluant indépendamment (non liés), un tel
ensemble de données nucléaires-mitochondriales concaténées permet de
proposer des hypothèses (co-)phylogénétiques plus robustes (voir
également les recommandations de de Vienne et al. 56 ). |
| . |
L'inférence bayésienne de la
phylogénie (IB) a été réalisée dans MrBayes v.3 72 . Les probabilités
postérieures ont été calculées sur 10 7 générations. La stationnarité de
la chaîne de Markov a été atteinte, comme en témoignent un écart type
des fréquences de division de 0,008, un facteur de réduction d'échelle
potentiel convergeant vers 1 et l'absence de tendance dans le tracé des
log-probabilités en fonction des générations. La chaîne de Markov a été
échantillonnée avec une fréquence de 10 2 générations ; un quart des
échantillons ont été rejetés comme « burn-in ». Une recherche ML a été
réalisée dans RAxML v.7.3.0 73 , évaluant le support nodal à travers
1000 échantillons bootstrap. Le modèle évolutif a été optimisé pour
chaque fragment séparément, suggérant HKY + Γ pour ITS-1, JC pour l'ADNr
5.8S, TPM1uf + Γ pour ITS-2 et GTR + Γ pour COI. Ces modèles ont été
remplacés par GTR + Γ dans RAxML et, dans le cas d'ITS-2, également dans
MrBayes, car il s'agissait du modèle implémenté avec le meilleur score
AICc. Dans ce dernier logiciel, toutes les estimations de paramètres
pour les différentes portions de séquence ont été dissociées.
Pour évaluer le taux de diversification en fonction du temps, nous
sommes partis du plus grand ensemble de données (ADNr ITS) afin
d'inclure un échantillon maximal. Les séquences identiques ont été
supprimées, ainsi que les haplotypes différant de moins de 0,01, à
l'aide du serveur web CD-HIT Suite 74 et d'une suppression manuelle
supplémentaire en cas de différences de longueur. Cette sélection de
séquences (voir ci-dessus pour la justification de ce seuil) permet de
se concentrer sur la spéciation plutôt que sur la variation
intraspécifique. Pour cet alignement nucléaire, MEGA a sélectionné le
modèle HKY + Γ comme modèle optimal d'évolution moléculaire, basé sur le
critère d'information bayésien. Sous ce modèle, un arbre ultramétrique a
été construit dans BEAST v.1.8.1 75 en appliquant quatre catégories de
taux, les valeurs initiale et moyenne du paramètre de forme gamma étant
fixées à 0,29, sous la loi a priori de l'arbre de Yule et un modèle
d'horloge log-normale relaxé non corrélé. En effet, un test de rapport
de vraisemblance réalisé dans TREE-PUZZLE a rejeté l'hypothèse de
l'horloge moléculaire.
L'exécution de la méthode de Monte Carlo par chaîne de Markov a été
effectuée sur 10 7 générations avec une fréquence d'échantillonnage de
10 3 générations ; un burn-in d'un dixième a été appliqué. Sur la base
de cet arbre, un graphique des lignées au fil du temps (LTT) a été
construit dans APE 76 . Compte tenu de l'interprétation potentiellement
ambiguë de l'évolution d'un LTT, LASER 77 a été utilisé pour quantifier
les changements possibles du taux de diversification au fil du temps. Ce
package compare la vraisemblance des données sous des modèles à taux de
diversification constant ou variable en contrastant le score AIC du
modèle à taux constant le plus ajusté avec celui du modèle à taux
variable le plus ajusté. Pour évaluer la signification statistique, la
différence de scores AIC entre les modèles à taux constant et à taux
variable les plus ajustés a été calculée pour 5 000 arbres générés
aléatoirement, en utilisant le même ensemble de modèles et la même
taille d'arbre (37 nœuds terminaux). |
| . |
| Analyses cophylogénétiques : |
| . |
| Il existe une gamme de méthodes
pour comparer la phylogénie et la divergence dans les systèmes
hôte-parasite ou autres systèmes symbiotiques, en déduisant les schémas
de spéciation qui ont contribué aux cohérences ou aux incohérences de
leurs trajectoires évolutives. Parmi celles-ci, les méthodes
réconciliant les topologies des arbres hôte et parasitaire sont souvent
considérées comme maximisant les événements de co-spéciation et prenant
la congruence topologique comme preuve de co-spéciation, ce qui n'est
pas toujours justifié 56 . Pour minimiser les risques de telles
hypothèses, les arbres hôte et parasitaire ont été réconciliés dans le
progiciel CoRe-Pa v.0.5 78 , en vérifiant 10 4 ensembles de coûts à
l'aide d'une méthode simplex sur la fonction de qualité. Ce logiciel
effectue une analyse basée sur les événements. Un atout majeur est son
approche adaptative aux paramètres qui permet l'estimation automatisée
des coûts proportionnels des événements, évitant ainsi l'attribution de
coûts a priori aux différentes catégories de mécanismes de spéciation
des parasites 79 , 80 . La cartographie racine à racine a
été appliquée et la cohérence chronologique des événements a été
vérifiée. Afin de travailler avec un arbre entièrement résolu qui se
rapproche le plus possible de « l'arbre des espèces », le phylogramme
parasitaire ML reconstruit par RAxML pour l'ensemble de données
nucléaires-mitochondriales combiné a été inclus dans l'analyse
cophylogénétique. L'arbre AFLP de Koblmüller et al. 8 a été codé
à l'aide de TreeSnatcher 81 afin de fournir une topologie d'hôte.
La sélection des arbres optimaux comporte évidemment une certaine
incertitude pour cette analyse basée sur la topologie. Par conséquent,
l'analyse a été répétée avec une phylogénie parasitaire dans laquelle
tous les nœuds recevant moins de 70 % de support bootstrap ont été
regroupés. Comme la spéciation intra-hôte chez les taxons terminaux peut
inférer artificiellement des co-spéciations au prix de duplications
supplémentaires 56 , 63 , les clades monophylétiques
terminaux associés à une seule espèce hôte ont été regroupés. Pour la
même raison, le logiciel a été configuré pour ne pas facturer de
duplication supplémentaire pour un événement de changement d'hôte.
Français L'arbre hôte et l'arbre parasite ont également été réconciliés
dans une recherche heuristique dans TreeMap v.1.0a 82 . Étant
donné que ce logiciel basé sur la topologie est connu pour maximiser le
nombre d'événements de co-spéciation, le nombre des différents
mécanismes de spéciation proposés par TreeMap ne sera pas pris en
compte. Le test de signification du nombre d'événements de co-spéciation
inférés n'est considéré que comme une mesure de la congruence
topologique plutôt que de la co-spéciation 56 . Ceci a été évalué
en randomisant les topologies hôte et parasite (10 4 arbres aléatoires
utilisés) sous le modèle proportionnel à distinguable. |
| . |
| Les analyses cophylogénétiques
basées sur la distance testent la corrélation entre les phylogénies sans
supposer que la congruence est produite par la cospéciation et sont donc
considérées comme moins biaisées que les méthodes basées sur la
topologie 56 . L'analyse cophylogénétique basée sur la distance a
été réalisée dans Copycat v.1.14 83 en utilisant AxParafit et
AxPcoords 84 en utilisant 9999 permutations avec les paramètres
par défaut. Dans cette analyse, l'indépendance entre les distances
patristiques de l'hôte et du parasite est testée. À cette fin, des
matrices de distance ont été construites à l'aide de T-rex 85 .
Pour les hôtes, les données mitochondriales ND2 et de la région de
contrôle de Koblmüller et al. 8 ont été utilisées, car ces fragments
mitochondriaux sont mieux adaptés aux calculs de distance que les
données AFLP (branches terminales longues et branches internes courtes
dans l'arbre AFLP). En raison du grand nombre d'insertions/délétions
dans le fragment nucléaire qui biaisent inévitablement les estimations
de distance génétique sur l'ensemble des données, seuls tous les
fragments mitochondriaux COI, en omettant la troisième position du
codon, ont été utilisés pour déduire les distances patristiques des
parasites. |
| . |
| Informations Complémentaires
: |
| . |
Comment citer cet article :
Vanhove, MPM et al. Biodiversité cachée dans un ancien lac : congruence
phylogénétique entre les cichlidés trophéïnés du lac Tanganyika et leurs
parasites vers plats monogènes. Sci. Rep. 5 , 13669 ; doi :
10.1038/srep13669 (2015). |
| . |
| Sources :
Scientifics
reports |
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Congruence phylogénétique entre les cichlidés trophéines du lac Tanganyika et leurs parasites monogènes vers plats
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