Les séquences non-codantes régulatrices de l’expression des gènes sont tout aussi importantes pour le phénotype d’un individu que les séquences codantes. De nombreux travaux se sont attachés à identifier les forces influençant l’évolution de ces séquences non-codantes. Ici, nous théorisons une nouvelle force sélective influençant potentiellement l’évolution de certaines séquences régulatrices. En utilisant des modèles multi-locus, nous montrons que les promoteurs génétiques les plus forts (activateurs de la transcription) gagnent un avantage à voir la copie du gène qui leur est associée (située sur le même chromosome) davantage exprimée que la copie homologue, contrôlée par un promoteur homologue moins fort. La surexpression des copies associées aboutit à une meilleure purge des mutations délétères chez ces copies, et ainsi à une association génétique entre promoteurs forts et contexte génétique favorable. Si la recombinaison entre le gène et le promoteur est suffisamment faible pour que cette association persiste, la force des promoteurs est sélectionnée pour augmenter. L’escalade des forces des promoteurs ne conduit pas forcément à une surproduction de protéines : d’autres régulateurs peuvent co-évoluer pour maintenir un niveau d’expression optimal, à condition que la sélection stabilisante tolère des niveaux d’expression transitoirement sub-optimaux. En variant les modes de reproduction, nous avons montré que ce nouveau processus sélectif ne menait pas nécessairement à une escalade de la force des promoteurs. Lorsque les chromosomes sont suffisamment isolés génétiquement (peu de recombinaison, peu de fécondation croisée), la sélection pour des associations génétiques favorables mène à une divergence des chromosomes : un chromosome accumule des promoteurs forts et possède des copies viables du gène, tandis que le chromosome homologue accumule des promoteurs faibles et des mutations délétères sur le gène. Dans le cas de lignées clonales peu ou pas recombinantes, on s’attend ainsi à observer une haploïdisation de l’expression des gènes : une copie de chaque gène concerné est éteinte et dégénère. Cette divergence s’applique aussi à des chromosomes sexuels ayant cessé de recombiner : on a pu montrer que la divergence des chromosomes menait à une extinction et une dégénérescence des gènes situés sur les chromosomes Y, et à une surexpression des gènes situés sur le chromosome X. En utilisant notre modèle, on propose ainsi une nouvelle théorie pour expliquer l’évolution des chromosomes sexuels non-recombinants. Enfin, on a utilisé des données de divergence entre Mus musculus et Rattus norvegicus pour isoler un signal ne pouvant être expliqué que par une sélection positive pour des promoteurs proximaux plus forts. Ce signal est faible, mais détectable, nous permettant d’apporter une première confirmation empirique du processus d’escalade des forces des promoteurs. / Non-coding sequences, that regulate gene expression, are as important as coding sequences to determine phenotypes. Many studies have identified the main forces affecting regulatory sequence evolution. Here, we theoretically identify a new selective force that may also play a role in this matter. Using multi-locus models, we show that stronger (activating more transcription) enhancers gain some benefit in having its associated gene copy more expressed than the homolog gene copy, controlled by a weaker homolog enhancer. Overexpressed gene copies are better purged from deleterious mutations, such that stronger enhancers get associated with a better genetic background. If recombination between the gene and the enhancer is low enough for this association to persist, enhancer strength selectively increases. Enhancer strength escalation does not necessarily lead to protein overproduction. Other regulators may indeed co-evolve to maintain optimal expression levels, provided that stabilizing selection allows for transitory sub-optimal expression levels. Implementing in the models different reproductive systems, we show that this new selective process does not necessarily lead to an enhancer strength escalation. When chromosomes are genetically isolated enough (little recombination, little outcrossing, selection for favorable genetic associations leads to chromosome divergence: one accumulates stronger enhancers and viable gene alleles, while the other accumulates weaker enhancers and deleterious gene mutations. For non-recombining clonal lineages, we expect gene expression to become haploid: for each gene, one copy is shut down and degenerates. Such divergence also applies to non-recombining sex chromosomes. We show that in such case, chromosome divergence leads to a shut down and degeneration of Y chromosome genes, and to an overexpression of genes located on X chromosomes. With our model, we propose a new theory to explain sex chromosome evolution after they stop recombining. Finally, we used divergence data between Mus musculus and Rattus norvegicus to find a signal that can only be explained by positive selection for stronger proximal enhancers. This signal is weak, but significant: this is the first empirical confirmation of enhancer strength escalation process we studied here.

La reproduction sexuée conduit à l'alternance d'une phase haploïde et d'une phase diploïde, dont la durée relative est très variable entre taxons. La proportion du cycle de vie passée en phase haploïde et en phase diploïde a d'importantes conséquences sur de nombreux processus adaptatifs. Cette thèse combine des approches théoriques qui explorent l'effet de facteurs génétiques et écologiques sur l'évolution des cycles de vie, et un travail expérimental sur l'effet de la ploidy sur l'évolution de l'isolement reproducteur entre populations. La partie théorique a consisté à intégrer des composantes écologiques dans des modèles génétiques pour l'évolution des cycles de vie. En particulier, j'ai exploré l'interaction entre la différenciation de niche entre haploïdes et diploïdes (qui favorise le maintien de cycles biphasiques, impliquant le développement des deux phases) et l'effet d'allèles délétères (qui favorisent soit l'haploïdie, soit la diploïdie). Tandis que la différentiation de niche (ou plus simplement, une différence de valeur sélective intrinsèque entre phases) stabilise les cycles intermédiaires, la présence d'allèles délétères conduit souvent à un branchement évolutif, avec la coexistence stable d'allèles codant pour l'haploïdie et la diploïdie. Cependant, des fluctuations temporelles de l'habitat permettent d'empêcher ce branchement et de stabiliser les cycles biphasiques. La partie expérimentale a consisté à comparer la dynamique de l'isolement reproducteur entre petites populations de levure haploïdes et de diploïdes avec de taux de mutations élevés. Les résultats montrent que tandis que les hybrides haploïdes ont une valeur sélective plus faible que leurs parents, les hybrides diploïdes bénéficient du phénomène d'hétérosis en génération F1, et ont encore une valeur sélective plus élevée que leurs parents en génération F2. La variance de la valeur sélective des hybrides était cependant beaucoup plus élevée chez les haploïdes, avec la production de certains génotypes très performants. / Sexual reproduction leads to an alternation between haploid and diploid phases, whose relative length varies widely across taxa. The proportion of the life cycle spent in the haploid and diploid phase has important consequences on a number of adaptive processes. This thesis combines theoretical approaches exploring the effect of genetic and ecological factors on the evolution of life cycles, and experimental work on the effects of ploidy on the evolution of reproductive isolation between populations. The theoretical part consisted in integrating ecological components into genetic models for the evolution of life cycles. In particular, I explored the interplay between niche differentiation between haploids and diploids (known to favour the maintenance of biphasic life cycles, involving development in both phases) and the effect of deleterious alleles (known to favour either haploid or diploid life cycles). While niche differentiation (or more simply intrinsic fitness differences between phases) stabilizes biphasic cycles, the presence of deleterious alleles often lead to evolutionary branching and to the stable coexistence of alleles coding for haploid and diploid cycles. Branching is prevented, however, when temporal environmental fluctuations are included into the model. The experimental part consisted in comparing the dynamics of reproductive isolation between small populations of haploid and diploid yeasts with elevated mutation rate. The results show that while haploid hybrids tend to have a lower fitness than their parents, diploid hybrids benefit from heterosis in the F1 generation, and still have a higher fitness than the diploid homozygous parents in the F2 generation. However, the variance of hybrid fitness was much higher in haploids, with the production of some highly fit genotypes.

L’haplodiploïdie chez les hyménoptères leur confère une meilleure résistance aux effets délétères de la dépression de consanguinité. Cependant, certains hyménoptères ont un déterminisme du sexe particulier qui les rend sensibles à cette dépression. Chez ces espèces, le genre des individus dépend de la complémentarité des allèles à un locus donné, le single-locus Complementary Sex Determination (sl-CSD). Les oeufs non fécondés se développent en mâles haploïdes alors hémizygotes au locus de CSD. En revanche les oeufs fécondés donnent des femelles diploïdes s’ils sont hétérozygotes au locus du CSD mais deviennent des mâles diploïdes s’ils sont homozygotes pour ce même locus. Ces derniers sont d’autant plus fréquents dans les populations consanguines où le taux d’homozygotes est élevé. Or, les mâles diploïdes sont dans la majorité des cas non viables ou stériles. La production de tels mâles est de ce fait coûteuse pour les femelles. La faible viabilité des mâles diploïdes s’apparente alors à de la dépression de consanguinité. Par des approches liées à l’écologie comportementale et à l’écologie chimique le projet de thèse se concentre sur l’étude des coûts individuels générés par la production de mâles diploïdes et à l’évolution des comportements sélectionnés en réponse à ces coûts. Dans un premier temps, je me suis intéressée à la fitness des mâles diploïdes et aux répercussions de leur production sur les femelles de la population. Dans un second temps, j’ai étudié les comportements permettant de réduire les coûts de la production des mâles diploïdes. Les individus apparentés représentent les partenaires sexuels où le risque de produire des fils diploïdes est le plus élevé. De ce fait, les comportements d’évitement de la consanguinité devraient être sélectionnés dans ces populations / Haplodiploidy in hymenopterans offers a great resistance to the deleterious effect of inbreeding depression. However, some hymenopterans have a specific sex determination which drives them to this depression. Among those species, the sex of individuals depends on allele complementary at a particular locus; the single-locus Complementary Sex Determinatation (sl-CSD). Unfertilized eggs give birth to haploid males which are hemizygotes at the CSD locus. Conversely, fertilized eggs develop into females when heterozygote at the CSD locus but become diploid males when homozygote at the same locus. Diploid males are especially frequent in inbred populations with a high inbreeding rate. Yet diploid males are generally unviable or sterile. Production of such males is therefore costly for females. Reduced viability of diploid males is then similar to inbreeding depression. Linked with behavioural ecology and chemical ecology approaches, the PhD project starts by focusing on individual costs due to production of diploid males, and then on behaviours that have evolved in response to these costs. As a first step, the fitness of diploid males and its impact on females of the population have been measured. If they are unviable, their production is akin to female mortality. As a second step, we studied behaviours that reduce the cost of diploid male production. Related individuals are sexual partners that are most likely to father diploid sons. Therefore, behavioural inbreeding avoidance may be selected in such populations