Phylogeography and speciation genomics of the fire-associated filamentous fungus Neurospora discreta

De Bellis Fabien. 2017. Phylogeography and speciation genomics of the fire-associated filamentous fungus Neurospora discreta. Montpellier : Montpellier SupAgro, 60 p. Mémoire de master 2 : Sciences et technologies de l’agriculture, de l’alimentation et de l’environnement. Parcours Sélection et évolution des plantes méditerranéennes et tropicales (SEPMET) : Montpellier SupAgro

Encadrement : Neema, Claire ; Gladieux, Pierre

Résumé : Understanding the genomic and ultimate eco-evolutionary factors underlying the diversification of fungal organisms is a major goal for evolutionary mycologists, and a key step towards comparative eukaryotic speciation genetics. Access to whole-genome sequences and advanced computational methods provide mycologists with powerful tools to disentangle the complex evolutionary history of fungi. Speciation genomics approaches based on the application of population genomic models at the intra- inter-specific boundary are changing our view of the factors and mechanisms underlying fungal diversification, revealing that processes such as introgression, hybridization, rapid speciation, and horizontal gene transfer had been overlooked. The filamentous fungus Neurospora is an emerging model to study fungal speciation. Neurospora discreta PS4, in particular, has a very large distribution and is therefore an ideal system to investigate the eco-evolutionary drivers and genomic correlates of fungal diversification. Previous studies have shown deep population structure within N. discreta PS4 with limited admixture, but the structure of the species at finer scale, and the extent of admixture and gene flow between lineages remains unclear. Here, we used re-sequencing of 128 isolates representing 17 sites in Europe, North America and Asia to infer the evolutionary history of N. discreta PS4. We confirmed the existence of five lineages; one in Papua New Guinea, one in Thailand and three in USA and Europe, and found a new lineage distributed in both Portugal and Washington (USA). Our analyses reveal deep divergence between lineages, with virtually no admixture. Most sampled sites harbored only a single lineage of N. discreta PS4 but at least five sites harbored two or three lineages coexisting in sympatry without evidence for genetic mixing. We discuss the factors that may have contributed to the divergence of lineages, their co-occurrence in sympatry, and their maintenance without admixture.

Résumé (autre langue) : Comprendre les facteurs génomiques et éco-évolutifs qui sous-tendent la diversification des champignons est un objectif majeur des mycologues évolutionnistes et une étape clé vers la génétique de la spéciation comparative entre eukaryotes. L'accès aux génomes complets et les avancées des méthodes d'analyses à haut-débit fournissent aux mycologues de puissants outils pour démêler la complexe histoire évolutive des champignons. Les approches de génomiques de la spéciation, basées sur des modèles de génomique des populations aux frontières intra-inter espèces, changent notre vision des facteurs et des mécanismes sous-jacents à la diversification des champignons. Ils révèlent que les processus tels que l'introgression, l'hybridation, la spéciation rapide et le transfert horizontal de gènes ont souvent été négligés. Le champignon filamenteux Neurospora émerge comme un modèle pour l'étude de la spéciation des champignons. Neurospora discreta PS4 en particulier a une distribution étendue et est un système idéal pour l'étude des déterminants écoévolutifs et génomiques corrélés à la diversité. De précédentes études ont montré une structure des populations marquée au sein de PS4 avec une hybridation limitée mais la structure fine et l'étendue de l'hybridation et des flux de gènes restent imprécises. Nous avons re-séquencé 128 isolats prélevés dans 17 lieux en Europe, aux USA et en Asie pour inférer l'histoire évolutive de N. discreta PS4. Nous avons confirmé l'existence de cinq lignées (une en Papouasie Nouvelle-Guinée, une en Thaïlande et trois aux USA et Europe) et révélons l'existence d'une nouvelle lignée au Portugal et dans l'état de Washington (USA). Notre analyse révèle une forte divergence entre les lignées mais quasiment aucune hybridation. La plupart des lieux de prélèvement sont représentés par une lignée mais dans au moins 5 d'entre eux cohabitent deux à trois lignées en sympatrie sans hybridation. Les facteurs qui ont contribués à cette divergence et à son maintien sans hybridation sont discutés.

Mots-clés libres : Génomique de la spéciation, Neurospora, Sympatrie

Auteurs et affiliations

• De Bellis Fabien, CIRAD-BIOS-UMR AGAP (FRA) ORCID: 0000-0001-7070-7691

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/592739/)

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