Évolution biologique et ADN ancien

Après deux décennies de découvertes et de controverses, la paléogénétique semble, sinon avoir atteint l’âge de raison, du moins avoir délaissé les frasques de son impétueuse jeunesse. Si ses principes théoriques ont été à peine affinés en quinze ans, sa pratique opérationnelle a, elle, rapidement évolué, en bénéficiant de l’explosion méthodologique de la biologie moléculaire. C’est véritablement avec l’avènement de la méthode d’amplification de l’ADN par PCR que ce champ d’étude a pris son essor. Dès 1989, les travaux se multipliaient en s’intéressant à des groupes biologiques animaux et végétaux variés : espèces récemment éradiquées par l’homme (ratites), représentants disparus de la période glaciaire (mammouth laineux) ou, encore, espèces domestiques (cochon) définirent les entités qui restent aujourd’hui les cibles favorites de ces études. Les champs d’application se sont également multipliés, afin de mieux cerner l’évolution des espèces, des populations et des génomes : génétique des populations, phylogénie d’espèces, domestication, migration de populations, paléopathologie, paléogénomique et évolution moléculaire s’offrent désormais à une discipline décidément en plein essor.Twenty years after the advent of ancient DNA studies, this discipline seems to have reached the maturity formerly lacking to the fulfilment of its objectives. In its early development paleogenetics, as it is now acknowledged, had to cope with very limited data due to the technical limitations of molecular biology. It led to phylogenetic assumptions often limited in their scope and sometimes non-focused or even spurious results that cast the reluctance of the scientific community. This time seems now over and huge amounts of sequences have become available which overcome the former limitations and bridge the gap between paleogenetics, genomics and population biology. The recent studies over the charismatic woolly mammoth (independent sequencing of the whole mitochondrial genome and of millions of base pairs of the nuclear genome) exemplify the growing accuracy of ancient DNA studies thanks to new molecular approaches. From the earliest publications up to now, the number of mammoth nucleotides was multiplied by 100,000. Likewise, populational approaches of ice-age taxa provide new historical scenarios about the diversification and extinction of the Pleistocene megafauna on the one hand, and about the processes of domestication of animal and vegetal species by Man on the other. They also shed light on the differential structure of molecular diversity between short-term populational research (below 2 My) and long-term (over 2 My) phylogenetic approaches. All those results confirm the growing importance of paleogenetics among the evolutionary biology discipline

Phylogenetic relationships of the Asian palm civets (Hemigalinae & Paradoxurinae, Viverridae, Carnivora)

The Viverridae (Mammalia, Carnivora), one of the least studied groups of carnivorans, include two subfamilies of Asian palm civets: Hemigalinae and Paradoxurinae. The relationships between and within these two subfamilies have never been thoroughly tested using an extensive molecular sample set. In this study, we gathered sequences of four genes (two mitochondrial: Cytochrome b and ND2 and two nuclear: β-fibrinogen intron 7 and IRBP exon 1) for eight of the eleven extant species representing these two subfamilies. The results showed that: (1) the Asian palm civets (Hemigalinae and Paradoxurinae) have a single origin and form the sister-group of the (Genettinae + Viverrinae) clade, (2) the Hemigalinae (including the otter civet Cynogale bennettii) are monophyletic, (3) the Paradoxurinae are monophyletic and (4) the small-toothed palm civet (Arctogalidia trivirgata) is an early offshoot within the Paradoxurinae. Using a relaxed molecular clock analysis, the differentiation of the (Hemigalinae + Paradoxurinae) was inferred to occur in the Late Oligocene/Early Miocene

Tracking the Near Eastern origins and European dispersal of the western house mouse

Abstract: The house mouse (Mus musculus) represents the extreme of globalization of invasive mammals. However, the timing and basis of its origin and early phases of dispersal remain poorly documented. To track its synanthropisation and subsequent invasive spread during the develoment of complex human societies, we analyzed 829 Mus specimens from 43 archaeological contexts in Southwestern Asia and Southeastern Europe, between 40,000 and 3,000 cal. BP, combining geometric morphometrics numerical taxonomy, ancient mitochondrial DNA and direct radiocarbon dating. We found that large late hunter-gatherer sedentary settlements in the Levant, c. 14,500 cal. BP, promoted the commensal behaviour of the house mouse, which probably led the commensal pathway to cat domestication. House mouse invasive spread was then fostered through the emergence of agriculture throughout the Near East 12,000 years ago. Stowaway transport of house mice to Cyprus can be inferred as early as 10,800 years ago. However, the house mouse invasion of Europe did not happen until the development of proto urbanism and exchange networks — 6,500 years ago in Eastern Europe and 4000 years ago in Southern Europe — which in turn may have driven the first human mediated dispersal of cats in Europe

Apports de la phylogénie moléculaire et de la morphométrie à la systématique des éléphants d’Afrique

Les éléphants d’Afrique sont classiquement rangés dans une seule espèce : Loxodonta africana (Blumenbach 1797). Toutefois, la découverte en 1900 d’une forme plus petite de l’éléphant d’Afrique, répandue dans toute la frange équatoriale du continent, a suscité un débat quant à l’éventualité d’une deuxième espèce d’éléphant en Afrique. Ce débat n’a pas trouvé de réponse définitive au cours du vingtième siècle. De fait, de récentes analyses moléculaires des populations d’éléphants d’Afrique sont venues jeter le trouble en prônant soit une séparation des éléphants de forêt dans une espèce à part entière, soit leur inclusion en tant que sous-espèce de L. africana. Notre travail initié au Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris permet d’apporter de nouveaux arguments moléculaires (mitochondriaux) et morphologiques (et morphométriques) afin de produire une hypothèse phylogénétique cohérente au vu de toutes les données disponibles. Il apparaît qu’il n’existe à ce jour aucun argument satisfaisant pour séparer les éléphants de forêt (forme cyclotis) et les éléphants de savane (forme africana) dans deux espèces distinctes. En revanche, un niveau élevé d'introgression mitochondriale entre les deux formes, associé à l’existence d'un continuum de forme entre les crânes des deux morphotypes, suggère que ces deux taxons, malgré une divergence ancienne, se croisent librement là où leurs aires de distribution se rencontrent. Nous adoptons donc une position systématique conservatrice de ces deux formes comme des sous-espèces, respectivement : L. africana africana, l’éléphant de savane, et L. africana cyclotis, l’éléphant de forêt. Nous discutons le point de la conservation des éléphants dans ce cadre systématique

Différenciation morphologique et moléculaire des Elephantinae (Mammalia, Proboscidea) (Statut systématique de l'éléphant d'Afrique de forêt, Loxodonta africana cyclotis (Matschie, 1900))

La thèse se propose de ré-évaluer la différenciation taxinomique à l'intérieur de la sous-famille monophylétique des Elephantinae Gray, 1821. Deux niveaux d'intégration différents sont envisagés. La divergence au sein des éléphants d'Afrique est analysée, entre deux formes lassiquement reconnues comme des sous-espèces : Loxodonta africana africana (Blumenbach, 1792), l'éléphant de savane et Loxodonta africana cyclotis (Matschie, 1900), l'éléphant de forêt. Cette question est abordée sous l'angle bibliographique, morpho-anatomique et moléculaire. La comparaison des morphotypes révèle qu'une partition morphologique et morphométrique existe entre les cyclotis et les africana, les éléphants de forêt apparaissant comme morphologiquement plus primitifs que leurs homologues de savane : une hétérochronie du développement est mise en évidence (cyclotis retardé par rapport à africana) qui rend compte de la différenciation morphologique des deux formes. La comparaison avec les résultats moléculaires suggère que cette partition morphologique n'est pas associée à une spéciation : la partition moléculaire de deux formes est très incomplète et suggère des croisements récurrents dans la zone de rencontre de leur aire de distribution, responsables d'une forte introgression mitochondriale. Le deuxième niveau d'analyse porte sur la différenciation entre les trois genres d'Elephantinae actuels - éléphants d'Afrique et d'Asie - ou subactuels - mammouth laineux - à partir d'une phylogénie moléculaire incluant des séquences d'ADN ancien de mammouth (dont le mammouth de Lyakhov, MNHN). L'analyse de toutes les séquences nucléotidiques disponibles de mammouths propose de façon unanime un rapprochement des mammouths avec les éléphants d'Afrique. L'hypothèse classique selon laquelle les éléphants d'Asie et les mammouths forment un clade est rejetée à partir des séquences mitochondriales, et des cas de contamination de séquences publiées sont envisagés pour rendre compte de l'apparente polyphylie des séquences de mammouths. La généralisation de l'hypothèse de paedomorphose des éléphants d'Afrique parmi les Elephantinae pourrait expliquer la non congruence des données mrophologiques classiques avec les résultats mitochondriauxThe PhD thesis aims at re-examining the taxonomic differentiation among the monophyletic subfamily Elephantinae GRAY, 1821. Two different integration levels are examined. The divergence among African elephants is analysed, between two forms classically recognized as subspecies: Loxodonta africana africana (BLUMENBACH, 1792), the savannah elephant, and Loxodonta africana cyclotis (MATSCHIE, 1900), the forest elephant. This issue is revised through bibliography, morphological, anatomical and molecular traits. The comparison of the morphotypes reveals that a morphological and morphometrical division exists between cyclotis and africana, the forest elephants being deemed more primitive than their savannah relatives: a heterochrony is evidenced (retardation of cyclotis in relation to africana) that accounts for the morphological differentiation of the two forms. The comparison with molecular results suggests that this morphological partitioning is not linked to a speciation event: the molecular partitioning of the two forms is fairly incomplete et suggests recurrent crossing where their ranges intersect, being responsible for a strong mitochondrial introgression. The second level analysed concerns the differentiation between that three genera of extant - African and Asian elephants - or fossil - woolly mammoth - Elephantinae through a molecular phylogeny including sequences of ancient DNA of mammoth (of which the Lyakhov mammoth, MNHN). The analysis of all available nucleotidic sequences of mammoths unambiguously supports a grouping of mammoths with African elephants in a clade. The prevalent hypothesis which conveys that Asians elephants and mammoths form a clade is rejected from mitochondrial sequences and several cases of cross-contamination are assumed for formerly published sequences which account for the apparent polyphyly of the mammoths. The generalization of the paedomorphosis hypothesis of African elephants among Elephantinae could explain the incongruence of classical morphological data and mitochondrial resultsPARIS-Museum Hist.Naturelle (751052304) / SudocSudocFranceF

A sustainable review of the Middle Pleistocene benchmark sites including the Ailuropoda–Stegodon faunal complex: The Proboscidean point of view

International audienceThe different ecologies, times of extinction and 'last stand' of both Elephas and Stegodon in Southeast Asia is covering almost two million years. For Middle Pleistocene, both taxa belong to the complex Ailuropoda-Stegodon. This regional complex is considered to have a chronological significance and further palaeoecological, palaeobiogeographical or biochronological studies are using this assemblage as a benchmark. Nevertheless, such studies do not provide sufficient information regarding site formation and duration to be consistent enough to do so at an appropriate resolution (MIS timescale). Focussing attention on the occurrence of Proboscideans, a critical review of the robustness of the geological, taphonomical and chronological data of Middle Pleistocene faunal assemblages suggests to undertake a deep reappraisal of this "biochronological benchmark". Recomandations were provided in the 1980s not to use mixtures of faunal assemblages and progress in geochronology for two decades are available. Nevertheless, reviewing Proboscideans suggests the necessity of a severe revision and leads to be very sceptical on the use of the Ailuropoda-Stegodon complex as an ecological marker. Extended to other taxa such a review casts serious doubts on former and current paleoecological modellings and studies

Fishing for barcodes in the Torrent: from COI to complete mitogenomes on NGS platforms

International audienceThe adoption of Next-Generation Sequencing (NGS) by the field of DNA barcoding of Metazoa has been hindered by the fit between the classical COI barcode and the Sanger-based sequencing method. Here we describe a framework for the sequencing and multiplexing of mitogenomes on NGS platforms that implements (I) a universal long-range PCR-based amplification technique, (II) a two-level multiplexing approach (i.e. divergence-based and specific tag indexing), and (III) a dedicated demultiplexing and assembling script from an Ion Torrent sequencing platform. We provide a case study of mitogenomes obtained for two vouchered individuals of daces Leuciscus burdigalensis and L. oxyrrhis and show that this workflow enables to recover over 100 mitogenomes per sequencing chip on a PGM sequencer, bringing the individual cost down below 7,50€ per mitogenome (as of current 2015 sequencing costs). The use of several kilobases for identification purposes, as involved in the improved DNA-barcode we propose, stress the need for data reliability, especially through metadata. Based on both scientific and economic considerations, this framework presents a relevant approach for multiplexing samples, adaptable on any desktop NGS platform. It enables to extend from the prevalent barcoding approach by shifting from the single COI to complete mitogenome sequencing

Do not Dispose of Historic Fluid Collections: Evaluating Research Potential and Range of Use

International audienceThe use of specific preservative solutions by museum professionals to maintain fluid-preserved specimens has fluctuated over the years with advances in chemistry. The determining factors for the original choice of solution closely correlate with the historical parameters and original usage of the collections. Consequently, for any given collection, changes and substitutions over time in the types of preservative fluids used have likely occurred. The present comparative analysis of the state of brain preservation, carried out at macroscopic, microscopic, and molecular levels, allowed us to evaluate the effect of the different treatments applied over time to fluid-preserved collections. Our results confirm that the duration of formaldehyde exposure of the tissues clearly has an effect on their long-term preservation. Despite the controversies associated with the quality or use of some historic fixatives, modern analytical methods such as medical imagery reveal the preservation quality in historic specimens and their potential for future research use. However, the choice of fixatives and storage fluids to preserve the specimens is of critical importance because today's choices will influence the use of the specimen for advanced analytical methods in the future.Au cours des époques, les solutions de conservation utilisées dans les collections en fluides ont changé avec les progrès de la chimie. Le choix initial de la solution de conservation est souvent étroitement lié à, l’époque, et à l’utilisation originale des échantillons. Par conséquent, dans une collection donnée, plusieurs changements de solution de conservation ont pu avoir lieu au courant du temps. L’analyse macroscopique, microscopique et moléculaire de l’état de conservation des cerveaux, nous a permis d’évaluer les effets des différents traitements appliqués au cours du temps à ces collections en fluide. Nos résultats confirment que la durée d’exposition au formaldéhyde a clairement un effet sur les tissus préservés. Malgré les controverses associées à la qualité ou l’utilisation de certains fixateurs historiques, les méthodes analytiques modernes telles que l’imagerie médicale prouvent la qualité de conservation des spécimens historiques et leur potentiel pour leur utilisation future en recherche. Cependant, le choix du fluide de fixation et de conservation est d’une importance cruciale car les choix d’aujourd’hui influenceront l’utilisation des spécimens à l’aide des nouvelles méthodes d’analyse de demain