Biodiversité cachée dans un
lac ancien : congruence phylogénétique entre les cichlidés trophéïnes du
lac Tanganyika et leurs parasites vers plats monogènes - Publié :
Martin 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
.
L'étonnante diversité des cichlidés a grandement 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 se combine 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 abrite des espèces généralistes et spécialistes 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 intra-hôte des parasites 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 . De ce fait, 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
biologique 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 ayant 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 qui existe 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. 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 ,
différant au point d'empêcher tout alignement significatif, ont été
exclues des analyses ultérieures. Concernant la 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 parasitaires 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 ).
.
Tableau 1 : Résumé de l’ensemble de données de séquence des vers plats Cichlidogyrus du
lac Tanganyika.
.
Espèces 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
Pe. 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 éphippium
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 en gamma (en %), entre les haplotypes de Cichlidogyrus
retrouvés 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 l'ITS) dans Ziętara et Lumme 57 et (pour le COI) dans
Hansen et al. 69 .
(*non inclus dans l’analyse – non alignable).
.
Tableau 2 : Aperçu des
cichlidés, des parasites et des emplacements échantillonnés.
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 de la COI mitochondriale des cichlidés
trophéinés parasitant Cichlidogyrus
du lac Tanganyika et des groupes externes mentionnés dans le
tableau 2. Le support statistique est présenté sous forme de
probabilité a posteriori 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 en
fonction du genre 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 au bassin du Tanganyika mais pas au 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.
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 est 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 mieux 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 comparées aux mêmes
modèles pour 5 000 arbres générés aléatoirement de même taille.
.
Figure 2
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, comparé aux
coûts déduits pour d'autres événements. Ces scénarios ne sont pas
biologiquement plausibles. Les schémas de coûts doivent non seulement
être jugés sur une base purement statistique, mais aussi 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
rapportés comme significatifs à un niveau de 0,05.
.
Tableau 3 : Réconciliations
cophylogénétiques proposées par CoRe-Pa.
.
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 (basé
sur les marqueurs AFLP tels que publiés par Koblmüller et al. 8 ) et
Cichlidogyrus (basé 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 .
Figure 3
Réconciliations cophylogénétiques des arbres Cichlidogyrus
et Tropheini.
.
Réconciliations CoRe-Pa des
arbres de Tropheini (basés sur AFLP tel que publié par Koblmüller
et al. 8 ) et de Cichlidogyrus (basés 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 (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 ).
.
La tribu de cichlidés
Tropheini
du lac Tanganyika, bien étudiée et composée 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 trophéinés : 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 au sein 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 ). Français 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
unique d'espèces de parasites. Sur plusieurs localités en RD du Congo et
en 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 observé 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
de partenaire basée 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 . Français 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 spécifique 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 .
Français 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. Tout d'abord, 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
). Français 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 Monogènes 20 . De plus, la taille souvent réduite et fluctuante
des populations de Monogènes 55 pourrait favoriser l'extinction. La
grande similarité des résultats 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 faible
résolution phylogénétique. Afin de distinguer la cospéciation du
changement d'hôte préférentiel, une période de temps absolue est
nécessaire pour établir la congruence temporelle 54 , 56La 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 en recolonisation
active, 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 dactylogyridés, 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 suite à 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 de l'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 une 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
afin d'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 lieux
d'où les échantillons ont été prélevés.
.
Figure 4
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 ). Français 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 parasitaires obtenues.
.
Tableau 4 : Numéros d'accès
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 éphippium
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 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 au genre 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 obtenus 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). Français 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 en 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 code-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 aussi
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
séparément pour chaque fragment, 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, pour ITS-2, également dans
MrBayes, car il s'agissait du modèle implémenté présentant 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
jeu 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. Français
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 rodage 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 variations 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 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 . Afin de 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 se rapprochant au mieux de «
l'arbre des espèces », le phylogramme parasitaire ML reconstruit par
RAxML pour l'ensemble de données nucléaires et mitochondriales combinées
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 de l'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 que TreeMap propose ne sera pas pris
en considération. Le test de signification du nombre d'événements de co-spéciation
inférés n'est considéré que comme une mesure de congruence topologique
plutôt que de 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.
.
.
Vanhove, MPM et al. Biodiversité
cachée dans un lac ancien : congruence phylogénétique entre les
cichlidés trophéïnés du
lac Tanganyika et leurs parasites plats monogènes. Sci. Rep. 5 , 13669 ;
doi : 10.1038/srep13669 (2015).