Unité d’accueil : UMR ECOBIOP, 64310 Saint-Pée-sur-Nivelle, France.
Type d’emploi : Bourse de thèse
Durée du contrat (en mois) : 36 mois (3 ans)
Date de début : 01 Novembre 2022 – 01 Novembre 2025
Encadrante : Natacha Nikolic
Co-responsables techniques : Aurélie Manicki (INRAE), Stéphanie Wagner (INRAE), Régis DeBruyne (MNHN).
Partenaires : Philippe Béarez (CNRS/MNHN, Paris) et Brice Ephrem (CNRS, Rennes).

CANDIDATURE

Deadline : 03 juillet 2022
Audition orale : du 11 au 13 Juillet 2022
Envoyer votre CV, une lettre de motivation et les coordonnées de 2 personnes de référence à Natacha Nikolic
(natacha.nikolic@inrae.fr)

SUMMARY IN ENGLISH

Knowing the evolutionary history (past demographic and selective processes) of wild species allows to better design population management plans and predict their future. In this thesis, we will use population genetics and genomics approaches to build the history of emblematic species, such as the European eel (Anguilla anguilla) and the Atlantic salmon (Salmo salar), and to understand the genomic basis of their populations’ adaptation to past environmental variations. Throughout their range, the European eel is classified as critically endangered (CR) and the Atlantic salmon as vulnerable (VU) by the IUCN. Their preservation is therefore a challenge, especially when considering the rapid and global environmental change
To date, the evolutionary history of species is mainly traced a posteriori from current samples and by Bayesian approaches with demographic inference and the theory of coalescence. The originality of this project is to use new sequencing technologies to genotype ancient (aDNA) and modern DNAs from archaeological and current samples from 15 European countries to i) cover large temporal periods, and ii) to access the whole genetic variation on the distribution area of the two species.
One of the challenges is to apply existing methods for inferring demographic and selective processes to genetic data spatially and temporally stratified. Both of these points should increase the power of inference methods, firstly because the older samples improve temporal resolution, and secondly, the richness of the data (spanning time periods and geographic regions) will fit the model parameters and demographic scenarios. These data paired with other climatic or archaeological information will also allow us to better understand the processes involved in the response to past events. The analysis of these data (modern and ancient DNAs) by innovative population genomics approaches will allow 1) to characterize the state of genetic diversity at different dates in the past and to check with the current genetic diversity, 2) to infer the demographic history, and 3) to infer the selective history and to understand the adaptation of populations to past environmental changes.

SUJET DE THÈSE

Connaitre l’histoire évolutive (les processus démographiques et sélectifs passés) d’espèces sauvages, permet de mieux concevoir les plans de gestion de leurs populations et de mieux prédire leur devenir. Dans cette thèse, nous utiliserons des approches de génétique et de génomique des populations pour retracer l’histoire d’espèces emblématiques à forte valeur patrimoniale et économique que sont l’anguille européenne (Anguilla anguilla) et le saumon atlantique (Salmo salar), et comprendre les bases génomiques de l’adaptation de leurs populations à des variations environnementales passées. Sur l’ensemble de leur aire de répartition, l’anguille européenne est classée en danger critique (CR) et le saumon atlantique vulnérable (VU) par l’IUCN. Ils font donc l’objet d’une attention particulière pour leur préservation et pour prédire leur devenir face aux changements environnementaux.
À ce jour, l’histoire évolutive des espèces est principalement retracée a posteriori à partir des génotypes d’échantillons actuels et par des approches Bayésiennes d’inférence démographique dans le cadre de la théorie de la coalescence. L’originalité du projet de thèse est d’utiliser les nouvelles technologies de séquençage pour génotyper les ADNs anciens (ADNa) et modernes issus d’échantillons archéologiques et actuels. Les travaux de cette thèse reposeront sur un riche échantillonnage issu de 15 pays Européens qui permettra de i) couvrir de larges périodes temporelles, et ii) d’accéder à l’ensemble des variations génétiques sur l’aire de distribution des deux espèces.
Un enjeu de cette thèse est d’appliquer des méthodes existantes d’inférence des processus démographiques et sélectifs à des données génétiques répétées dans le temps et stratifiées dans l’espace. Ces deux points devraient augmenter la puissance de ces méthodes, tout d’abord parce que les échantillons anciens améliorent la résolution temporelle. Ensuite, en raison de la richesse des données couvrant les périodes et les régions géographiques, les paramètres des modèles pourront aussi être mieux ajustés et les scénarios démographiques distingués de façon plus robuste. Ces données couplées à d’autres informations climatiques ou archéologiques permettront également d’interpréter les processus impliqués dans la réponse aux évènements passés. Nous pourrons ainsi étudier l’impact sur l’histoire démographique et sélective de variations de la température et des pertes/gains d’habitat par les modifications du niveau de la mer et les glaciations. L’interprétation des données pourra également être reliée aux connaissances historiques d’exploitation halieutique en Europe.
L’analyse de ces données (ADNs modernes et anciens) par des approches innovantes de génomique des populations permettra ainsi 1) de caractériser l’état de la diversité génétique à différentes dates dans le passé et la confronter au présent, 2) d’inférer l’histoire démographique, et 3) d’inférer l’histoire sélective et comprendre l’adaptation des populations aux variations climatiques passées.

Mots-clés : histoire évolutive ; poissons diadromes ; ADN ancien ; changements globaux.

 Hypothèses de travail

La proposition que nous défendons dans ce sujet de thèse est le fort potentiel qu’offre le couplage des données génétiques provenant d’ADNs anciens et récents pour résoudre des problématiques de gestion et préservation d’espèce par le biais de l’acquisition exhaustive de leur histoire évolutive (démographique et sélective) et la combinaison avec des données climatiques et archéologiques. Parmi les hypothèses de travail, nous pouvons en citer quatre principales :
a/ Les ADNs anciens seront largement exploitables grâce aux découvertes récentes en génétique et génomique qui permettent de travailler sur des ADN dégradés, rares, et anciens (ex. ADN archéologique). Dans le projet PALEOFISH, nous avons amélioré les protocoles d’extraction et de séquençage et ainsi obtenu par échantillon de 2 à 19 millions de séquences (avec une moyenne de 3,3 millions pour les Salmonidae et 4,5 millions pour les Anguillidae). Le pourcentage moyen d’ADN endogène était également élevé pour les deux taxons avec une moyenne de 38,3 % pour l’anguille et 27,8 %, pour les saumons (Nikolic et al. 2022).
b/ L’insertion des ADNa informe sur l’inférence sélective et démographique. Pour les méthodes basées sur les arbres tissant les histoires démographiques, en représentant les populations comme des branches évoluant indépendamment, les échantillons anciens vont aider à déduire les temps des nœuds et ainsi ajuster les résolutions temporelles dans les histoires des populations. Pour les méthodes nécessitant des hypothèses supplémentaires (telles que les relations entre la population, le moment des changements de taille des populations et les directions du flux génétique), les données couvrant les périodes et les régions géographiques permettent de distinguer de manière plus robuste les différents scénarios démographiques et ajuster les paramètres des modèles (Loog 2021). Ces méthodologies pourront être améliorées pour s’élargir aux autres données informatives, comme climatiques, afin d’augmenter la puissance d’inférence.
e/ Le nombre de locus d’intérêt (en plus des locus provenant de nos bibliothèques de SNPs produites cette année) sur ces deux espèces, dans la littérature et via nos collaborations, est suffisamment conséquent pour en intégrer et tester un nombre suffisant.

 Questions de recherche

Les questions principales posées au(à la) candidat(e) seront de(d’):
1/ Caractériser l’état de la diversité génétique du saumon Atlantique et de l’anguille européenne à différentes dates dans le passé.
2/ Inférer l’histoire démographique de leurs populations.
3/ Inférer l’histoire sélective et comprendre l’adaptation des populations aux variations climatiques passées.
4/ Comprendre les remaniements génomiques au cours du temps.
La richesse de cette thèse repose sur l’étude de ces questions chez deux espèces très différentes. L’anguille est une espèce catadrome, qui se reproduit en mer, et est considérée actuellement comme panmictique. Le saumon est une espèce anadrome, qui se reproduit en rivière et préférentiellement dans sa rivière natale. Chez cette dernière, des différentiations génétiques sont détectables entre pays, entre rivières et voir entre l’amont et l’aval de certaines rivières (ex. Miettinen et al. 2021). Ces deux espèces vont donc soulever d’autres questions qui s’emboitent comme (par ordre de priorité) : Identifie-t-on des similitudes entre ces deux espèces dans leurs histoires évolutives alors qu’elles ont des stratégies de reproduction, d’alimentation et de survie différentes ? Quelles sont les différences génétiques notables intra- et inter-spécifiques ?

 Originalité du projet

1/ La première originalité du sujet réside dans la richesse du jeu d’échantillons archéologiques et modernes. Par les collaborations déjà engagées dans le projet PALEOFISH, nous avons et allons collecter des échantillons des deux espèces, anguille et saumon, à différentes époques depuis le Paléolithique supérieur (échantillons archéologiques ou fossiles) jusqu’à nos jours (échantillons modernes). Ces périodes recouvrent des moments clé comme l‘optimum climatique médiéval, le petit âge glaciaire et l’industrialisation. On peut également citer les anomalies climatiques telles que les réchauffements à l’époque romaine et celle des Vikings qui poussent les mouvements des espèces plus au nord, ou encore, les périodes d’observation des modifications des tailles des individus comme celles des anguilles à l’époque médiévale (Harland et al. 2016 dans Barrett et al. 2019) et de l’apparition du saumon à York en Angleterre (Barrett et al. 2019). En outre, les échantillons sont issus de différents pays pour couvrir au maximum leur aire de répartition. Cet échantillonnage stratifié dans le temps et dans l’espace permettra de travailler sur des périodes historiques marquantes pour mieux comprendre les changements attendus avec le réchauffement climatique en cours.

2/ La deuxième originalité sera de reconstituer les patrons de diversité à différentes époques passées grâce au génotypage d’ADNa issus d’échantillons archéologiques. Comprendre les changements génétiques à partir de séries archéologiques pour les confronter aux données récentes, permettra de fournir des informations inestimables sur la façon dont la diversité des génomes peut changer au cours du temps. A notre connaissance, ces confrontations, ADN anciens et récents, chez les poissons ont été réalisées seulement récemment sur la morue (Martínez-García et al. 2021). En considérant l’ensemble des marqueurs non soumis à sélection, nous pourrons appliquer des méthodes d’inférences démographiques pour reconstituer l’histoire passée des populations.

3/ Par ailleurs, le séquençage de l’ADNa à partir d’échantillons espacés dans le temps peut renseigner sur les processus de sélection passés, puisqu’il permet de quantifier directement des paramètres avant, pendant et après les changements génétiques induits par la sélection (Dehasque et al. 2020). Des régions génétiques (ex. gènes associés à la variation de la maturation sexuelle, l’homéostasie énergétique et la défense immunitaire) liées aux différences de cycle de vie entre les populations de saumon atlantique ont été découvertes (Pritchard et al. 2018). Ces régions semblent influencer diverses stratégies (nombre d’années en mer, âge de maturité, etc.) chez le saumon au cours de sa vie (Pritchard et al. 2018). Nous testerons si ces locus (et d’autres associés aux processus cellulaires clés – ex. Chaperone-mediated autophagy (CMA)) révèlent des traces de sélection et d’évolution du génome.

 Le (la) candidat(e) retenu(e) sera plus particulièrement en charge de :

– Participation aux manipulations en laboratoire.
– Mapping et filtration bioinformatique des données.
– Analyse de la qualité des données.
– Production des métadonnées.
– Modélisation.
– Analyses en génétique des populations.
– Analyses en génétique évolutive.
– Réflexion, discussion, et élaboration d’un compte rendu sur les limites et avantages des technologies utilisées.
– Production de publications scientifiques sur les 4 objectifs majeurs énoncés dans ce projet.

 Environnement collaboratif

Le/La candidat(e) retenu(e) sera sous l’encadrement de Natacha Nikolic (Chargée de recherche, INRAE). Cette thèse s’effectuera au sein d’un groupe de recherche basé dans l’unité « Ecologie Comportementale et Biologie des Populations de Poissons » à Saint-Pée-sur-Nivelle (France) (https://twitter.com/inrae_ecobiop ; https://ecobiop.com). L’UMR ECOBIOP est une unité mixte entre l’INRAE et l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, localisée sur le site de Saint-Pée-sur-Nivelle mais aussi dans les locaux du campus de Montaury sur la Côte Basque à Anglet. Cette unité vise à étudier les poissons et leur rôle sur le fonctionnement et l’évolution des populations naturelles. L’unité développe des approches d’écologie expérimentale (en milieu contrôlé ou naturel), de modélisation et de génétique des populations. L’objectif de ces recherches est d’améliorer les pratiques de gestion des populations piscicoles et de leur environnement, afin de préserver les ressources naturelles et la biodiversité, mais aussi de prédire l’évolution de ces populations sous la pression des activités anthropiques.

Le projet se fera avec de nombreux collaborateurs entre autres – Myriam Sternberg (CNRS), Benoît Clavel (CNRS), James Barrett (Cambridge, U.K.), Liz Quinlan (University of York, U.K.), Inge van der Jagt (Cultural Heritage Agency of the Netherland, Pays-Bas), Sheila Hamilton (Bournemouth University, U.K.), Daniel Makowiecki (Institute of Archaeology, Pologne), Ulrich Schmölcke (The Munich State Zoological Collection, Allemagne), Adomas Ragauskas (Nature Research Centre, Lithuanie), Jennifer Hartland (University of the Highlands and Islands), Bastiaan Star (University of Oslo), Davit Vasilyan (Jurrasica Museum), Adomas Ragauskas et Justas Dainys (NRC), Geir Bolstad (Norwegian Institue), Dennis Ensing (Agri-Food and Biosciences Institute), Phil McGinnity (Univ. Cork), Cornelya Klutsch (NBIO), Billy Nzau Matondo (Université de Liège), Jamie Stevens (School of Biosciences), Jonathan Bolland (University of Hull), Paloma Moran (University of Vido), Juan Asturiano (University of Valence), Ida Bergendahl (Swedish University), Dorte Bekkevold (NIAR), Sofia Consuegra (University of Swansea) et Leif Jonsson (University of Göteborg, Suède). Le candidat aura ainsi l’occasion de travailler au Muséum national d’histoire naturelle à Paris pour les manipulations moléculaires sur l’ADN ancien et avec des chercheurs de différents pays (Allemagne, Angleterre, Belgique, Canada, Danemark, Espagne, France, Hollande, Italie, Irlande du Nord, Lituanie, Norvège, Pologne, Suède, Suisse) notamment les archéo-ichtyologues pour prendre en considération et discuter de faits historiques et climatiques importants.

LE PROFIL QUE NOUS RECHERCHONS

La personne devra avoir de fortes compétences en informatique, statistique, et analyses de séquences génétiques. Elle devra être en capacité de développer de fortes compétences en génétique évolutive sur des données anciennes et modernes, et produire des données nettoyées et couplées pour être exploitées par la suite sur les logiciels existants de traitement (ex. Paleomix, Eager) et en génétique des populations et évolution (ex. analyse de spectre joint – δaδi, GADMA, PSMC, etc.).

 Formation recommandée : Niveau Bac + 5 (Master Recherche, Master Professionnel ou Ingénieur). Expérience souhaitée dans le domaine de la génétique, génomique, bioinformatique (particulièrement des séquences), génétique des populations, biostatistique, biologie moléculaire et évolutive, et biomathématique.
 Connaissances/compétences souhaitées : Maitrise de R, linux et python. Analyse génétique, génétique des populations, analyse statistique. Une expérience de laboratoire en génétique serait appréciée. Maitrise du français et de l’anglais.
 Aptitudes recherchées : curiosité scientifique, dynamisme, enthousiasme, esprit d’équipe, autonomie et interdisciplinarité.

VOTRE QUALITE DE VIE À INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement de recherche public rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 268 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi l’un des leaders mondiaux de la recherche en sciences agricoles et alimentaires durables, en sciences du végétal et de l’animal (ex. érosion de la biodiversité, gestion des ressources naturelles et des écosystèmes, économie circulaire, etc.). Il est également un acteur majeur de la recherche européenne. INRAE a pour ambition de construire une recherche d’excellence au service de la production de connaissances, de l’enseignement, de l’innovation, en appui aux politiques publiques, afin d’accélérer les transitions en matière d’agriculture, d’alimentation et d’environnement pour atteindre les objectifs de développement durable.

En rejoignant INRAE, le candidat bénéficiera selon le type de contrat :

 jusqu’à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein de 38h40 par semaine)
 forfait mobilité durable pour le transport domicile/travail en covoiturage ou à vélo ;
 d’activités sportives et culturelles ;
 d’une restauration collective ;
 d’un soutien à la parentalité : CESU garde d’enfants, prestations pour les loisirs ;
 de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
 d’un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
 de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel.

RÉFÉRENCES CITÉES

– Barrett, J. H. (2019). An environmental (pre)history of European fishing: past and future archaeological contributions to sustainable fisheries, J Fish Biol, 94: 1033-44.
– Dehasque, M. et al. (2020). Inference of natural selection from ancient DNA. Evolution Letters, 4: 94-108. https://doi.org/10.1002/evl3.165
– Gutenkunst, R. N., Hernandez, R. D., Williamson, S. H., & Bustamante, C. D. (2009). Inferring the joint demographic history of multiple populations from multidimensional SNP frequency data. Plos Genetics, 5, e1000695. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000695.
– Harland, J. F., Jones, A. K. G., Orton, D. C., Barrett, J. H. (2016). Fishing and fish trade in medieval York: The zooarchaeological evidence. In J. H. Barrett & D. C. Orton (Eds.), Cod and herring: The archaeology and history of medieval sea fishing (pp. 172–204). Oxford, England: Oxbow Books.
– Loog, L. (2021). Sometimes hidden but always there: the assumptions underlying genetic inference of demographic histories. Phil. Trans. R. Soc. B3762019071920190719
– Martínez-García L, et al. (2021). Historical Demographic Processes Dominate Genetic Variation in Ancient Atlantic Cod Mitogenomes. Frontiers in Ecology and Evolution, 9.
– Miettinen, A., Palm, S., Dannewitz, J. et al. (2021). A large wild salmon stock shows genetic and life history differentiation within, but not between, rivers. Conserv Genet 22, 35–51 https://doi.org/10.1007/s10592-020-01317-y
– Nikolic, N., Chat J., Manicki, A., Ephrem, B., et al. (2022). Potential of archeological fish bones in recovering DNA of European Anguillidae and Salmonidae. Bilan sur l’accessibilité des ADNs à partir des pièces osseuses archéologiques chez les les Anguillidae et Salmonidae européens. RIF. 8e Rencontres de l’Ichtyologie en France. ⟨hal-03675908⟩
– Pritchard, V. L., H. Makinen, J. P. Vaha, J. Erkinaro, P. Orell, and C. R. Primmer. (2018). Genomic signatures of fine-scale local selection in Atlantic salmon suggest involvement of sexual maturation, energy homeostasis and immune defence-related genes. Mol Ecol, 27: 2560-75.

Le contenu de cette offre est la responsabilité de ses auteurs. Pour toute question relative à cette offre en particulier (date, lieu, mode de candidature, etc.), merci de les contacter directement. Un email de contact est disponible: natacha.nikolic@inrae.fr

Pout toute autre question, vous pouvez contacter sfecodiff@sfecologie.org.