Les requins forment un des groupes de prédateurs les plus diversifiés, jouant des rôles importants au sein des écosystèmes marins. Ils forment également l’un des groupes les plus menacés car vulnérables aux pressions anthropiques du fait de leurs traits de vie particuliers. Malgré l’importance des ressources déployées pour le suivi des populations de requins, 41% des 482 espèces recensées dans la Liste Rouge de l’UICN n’ont pas de statut de conservation par manque de données. Il devient donc primordial d’améliorer les connaissances sur ces espèces afin de les protéger et enrayer leur déclin. Il s’agit notamment de mieux caractériser la présence, la structure et la connectivité des populations de requins pour mieux définir leur statut UICN, les zones prioritaires de gestion et optimiser les efforts de conservation mis en place. Cette thèse s’appuie sur l’émergence de nouvelles technologies pour combler les lacunes de connaissances sur les requins des récifs coralliens tropicaux et proposer des actions de gestion. D’une part, une méthode d’analyse des communautés de requins par collecte et séquençage d’ADN présent dans l’environnement (métabarcoding d’ADN environnemental ; ADNe) a été développée au cours de cette thèse, puis mise en parallèle avec des suivis exhaustifs par des méthodes traditionnelles d’étude des populations de requins. Cette approche rapide et non-invasive a permis d’identifier 21 espèces de requins dans les eaux de deux domaines biogéographiques distincts (Caraïbes et Nouvelle-Calédonie). De plus, les patrons de diversité et d’abondance des fragments d’ADNe détectés coïncident avec les gradients de pression anthropique et les niveaux de protection des zones échantillonnées. L’analyse de 22 échantillons d’ADNe dans l’archipel de la Nouvelle-Calédonie a permis de déceler la présence de plus d’espèces que par 2 758 plongées scientifiques réparties sur presque 30 ans et 385 caméras appâtées déployées pendant deux ans, et ce, à la fois proche de l’homme et dans les récifs éloignés. D’autre part, la structure et connectivité des populations d’une espèce plus commune, Carcharhinus amblyrhynchos, ont été caractérisées par une approche de génomique du paysage. Cette thèse s’appuie sur un échantillonnage génétique conséquent en Nouvelle-Calédonie et dans plusieurs autres sites de l’Indo-Pacifique (515 requins). Une approche d’isolement par la résistance via la théorie des circuits a été développée afin de caractériser les paramètres influençant la dispersion de cette espèce. Ainsi, il a été montré que les zones de forte bathymétrie constituent une forte barrière à la dispersion tandis que la proximité à l’habitat récifal en est un facilitateur. La modélisation de la différenciation génétique à haute résolution et à l’échelle de l’aire de répartition de cette espèce (Indo-Pacifique) a permis de définir des unités de conservation hiérarchiques et un nombre important de sites isolés. Enfin, une approche intégrant le déclin des abondances dans les zones anthropisées a montré une fragmentation des populations de C. amblyrhynchos et a permis d’identifier certains récifs éloignés de l’homme comme refuges mais aussi sources pour un repeuplement éventuel des récifs où les populations sont menacées. Cette thèse démontre ainsi le potentiel de l’analyse de l’ADNe pour dévoiler la présence d’espèces rares et furtives telles que les requins, donnant espoir pour combler les lacunes dans leurs statuts de conservation UICN. Elle révèle également la persistance des populations résiduelles en milieu anthropisé, qui pourraient éventuellement montrer des altérations comportementales comme l’utilisation d’habitats plus profonds ou une nocturnalité plus importante. Elle décrit enfin non seulement la structure fine à grande échelle des populations d’une espèce quasi-menacée, mais identifie également des unités de conservation et des zones prioritaires à protéger pour une spatialisation des mesures de gestion à différentes échelles. / Sharks represent one of the most diverse groups of predators, playing important functional roles in coastal and oceanic ecosystems. They are also one of the most threatened groups because of their vulnerability to anthropogenic pressures due to their particular life history traits. Shark populations are therefore collapsing with drastic decrease in abundance in all marine ecosystems. Even relatively common species are near- threatened. Despite the deployment of important resources for shark population assessments, 41% of the 482 shark species on the International Union for Conservation of Nature (IUCN) Red List of Threatened Species lack a conservation status due to data deficiency. Improving our knowledge on such species is thus crucial for efficient protection to slow down their decline. More particularly, there is a necessity for a better characterization of presence, structure and connectivity of shark populations to define their conservation status, prioritize spatial management and optimize conservation efforts. This thesis relies on the emergence of new technologies to fill knowledge gaps on tropical coral reef sharks and to suggest conservation measures for better management. First, a method to survey shark communities has been developed during this thesis, based on the collection and sequencing of DNA present in the environment (environmental DNA metabarcoding; eDNA). Then, this method has been compared to exhaustive surveys of reef shark communities with traditional methods. This quick and non-invasive approach detected at least 21 shark species in waters of two distinct biogeographical areas (Caribbean and New Caledonia). Moreover, diversity and abundance patterns of DNA reads match with anthropogenic impact gradients and protected status of the sampled areas. The analysis of 22 eDNA samples detected more species in both remote reefs and impacted areas of the New Caledonian archipelago than 2758 scientific dives conducted during nearly 30 years and 385 baited remote underwater videos deployed over two years. Then, population structure and connectivity of a more common reef shark species, Carcharhinus amblyrhynchos, have been characterized using a seascape genomics approach. This thesis is based on a substantial genetic sampling in the archipelago of New Caledonia but also in several other sites in the Indo-Pacific (515 sharks in total). An isolation-by-resistance approach using circuit theory has been developed to explore what parameters are driving the genetic differentiation of C. amblyrhynchos. Here I show that deep oceanic areas act as strong barriers and proximity to habitat is a facilitator for dispersal. High-resolution modelling of genetic differentiation at the entire distribution range of the species (Indo-Pacific) led to the definition of hierarchical conservation units and a high number of isolated sites. Then, an approach taking into account the decline of abundance in impacted reefs showed an important fragmentation of shark populations and allowed the identification of remote reefs as refuges but also sources through dispersal towards impacted areas, insuring population persistence at a regional scale. This thesis demonstrates the potential of eDNA analysis for unveiling the presence of rare and elusive species such as sharks and for filling knowledge gaps in the conservation status of sharks. It also reveals the persistence of residual populations in impacted areas, that could show behavioral alterations like shifts in habitat use towards deeper waters or increased nocturnality. Finally, this thesis not only describes the population structure of a near-threatened species at high resolution and global scale, but also identifies conservation units and areas of high conservation priority that could help in the near future for the spatialization of marine management at multiple scales.

Les progrès technologiques récents nous permettent d'accéder à la variation des génomes complets ce qui nous ouvre la porte d'une meilleure compréhension de leur diversification via des approches de génomique des populations et de génomique du paysage. Ce travail de thèse se base sur l'analyse des données de génomes complets (WGS) pour caractériser la diversité génétique des petits ruminants (chèvre et moutons) et rechercher les bases génétiques d'adaptations locales.Dans un premier temps, ce travail appréhende un aspect méthodologique et examine la précision et le biais de différentes approches d'échantillonnage des génomes pour caractériser la variabilité génétique, en les comparant aux données WGS. Nous mettons en évidence un fort biais des approches classiques (i.e. puces à ADN, capture de l'exome) ainsi que des séquençages de génomes à faibles taux de couverture (1X et 2X), et nous suggérons des alternatives basées sur un échantillonnage aléatoire de marqueurs dont la densité est variable selon les objectifs d'étude (évaluation de la diversité neutre, déséquilibre de liaison, signatures de sélection). Le jeu de données produit a permis d'évaluer l'état des ressources génétiques de différentes populations domestiques (races locales marocaines, iraniennes, races industrielles) et sauvages (aegagre, mouflon asiatique). Nous relevons une très forte diversité génétique dans les populations indigènes et sauvages qui constituent des réservoirs d'allèles et peuvent jouer un rôle important pour préserver le potentiel adaptatif des petits ruminants domestiques dans un contexte de changement climatique. L'étude plus approfondie des populations de chèvres du Maroc montre une forte diversité génétique faiblement structurée géographiquement, et met en évidence des portions de génome présentant des signaux de sélection. Leur étude montre l'existence de mécanismes adaptatifs potentiellement différents selon les populations (e.g. transpiration/halètement dans l'adaptation probable à la chaleur).Enfin, nous explorons les bases génétiques de l'adaptation locale à l'environnement chez les moutons et chèvres via une approche de génomique de paysage. En scannant les génomes de 160 moutons et 161 chèvres représentant la diversité éco-climatique du Maroc, nous identifions de nombreux variants et gènes candidats qui permettent d'identifier les voies physiologiques potentiellement sous-jacentes à l'adaptation locale. En particulier, il apparait que les mécanismes respiratoires et les processus cardiaques joueraient un rôle clé dans l'adaptation à l'altitude. Les résultats suggèrent que les chèvres et moutons ont probablement développé différents mécanismes adaptatifs pour répondre aux mêmes variations environnementales. Cependant, nous identifions plusieurs cas probables de voies adaptatives communes à plusieurs espèces. Par ailleurs, nous avons caractérisé les patrons de variations du niveau de différenciation de régions chromosomiques sous sélection en fonction de l'altitude. Cela nous permet de visualiser la diversité des réponses adaptatives selon les gènes (par exemple, sélection de variants à faible et/ou haute altitude). Ainsi, ce travail pose les bases de la compréhension de certains mécanismes d'adaptation locale. / Recent technological developments allow an unprecedented access to the whole genome variation and would increase our knowledge on genome diversification using population and landscape genomics. This work is based on the analysis of Whole Genome Sequence data (WGS) with the purpose of characterising genetic diversity in small ruminants (sheep and goats) and exploring genetic bases of local adaptation.First, we addressed a methodological aspect by investigating the accuracy and possible bias in the widely used genotyping approaches to characterize genetic variation in comparison with WGS data. We highlighted strong bias in conventional approaches (SNP chips and exome capture) and also in low-coverage whole genome re-sequencing (1X and 2X), and we suggested effective solutions based on sampling panels of random markers over the genome depending the purpose of the study (assessing neutral diversity, linkage disequilibrium, selection signatures). The various datasets produced allowed assessing genetic resources in various domestic (Moroccan and Iranian indigenous breeds and industrials) and wild populations (bezoars and Asiatic mouflons). We identified a very high diversity in indigenous and wild populations. They constitute a reservoir of alleles allowing them to play a possible key role in the preservation of these species in the context of global changes. The deep study of Moroccan goats showed a high diversity that is weakly structured in geography and populations, and highlighted numerous genomic regions showing signatures of selection. These regions identified different putative adaptive mechanisms according to the population (e.g. panting/sweating to adapt to warm/desert environment).Then, we explored genetic bases of local adaptation to the environment in sheep and goats using a landscape genomics framework. We scanned genomes of 160 sheep and 161 goats representing the eco-climatic Moroccan-wide diversity. We identified numerous candidate variants and genes, which allowed for identifying physiological pathways possibly underlying local adaptation. Especially, it seems that respiration and cardiac process have key roles in the adaptation to altitude. Our results suggest dissimilar adaptive mechanisms for the same environment in sheep and goats. However, we highlighted several cases of common metabolic pathways in different species. Moreover, we characterized some patterns for the variation of genetic differentiation in some candidate genomic regions over environmental gradients. This allowed us to visualise different adaptive reaction depending genes. This work points the way towards a better understanding of some mechanisms underlying local adaptation.

Les changements globaux provoquent une disparition accélérée des espèces endémiques. Il apparait crucial de quantifier les risques potentiels d’extinction en relation avec les changements climatiques liés à l’activité anthropique, et particulièrement pour les espèces dont l’aire de répartition est restreinte. Dans ce travail de thèse je me suis intéressé aux effets des changements globaux sur le complexe de la truite du Mexique qui vit dans le nord-ouest du Mexique. Ce complexe représente le groupe des salmonidés avec la distribution la plus méridionale au monde, avec seulement deux taxa décrits : la truite dorée mexicaine (Oncorhynchus chrysogaster) et la truite de San Pedro Mártir (O. mykiss nelsoni).En tant qu’espèce montagnarde d’altitude, ces salmonidés sont très vulnérables aux effets des changements globaux, et particulièrement au changement climatique et à l’introduction d’espèces exotiques pour l’aquaculture, comme la truite arc en ciel. Les objectifs généraux de cette thèse étaient de déterminer les relations entre les processus micro-évolutifs chez la truite mexicaine dorée, ainsi que la structure spatiale de leur habitat qui définissent les risques d’extinction engendrés par les changements globaux.Afin de répondre à ces questions, j’ai appliqué aux écosystèmes de rivières une approche de génétique du paysage intégrant différentes échelles spatiales à différents niveaux taxonomiques, ainsi j’ai appliqué des analyses de génétique des populations, des analyses de système d’information géographique et de modélisation de la distribution des espèces, ainsi que des simulations démo-génétiques.Initialement, les analyses de génétique des populations réalisées sur 11 loci microstallites nous ont permis de mettre en évidence une structure génétique spatialisée pour l’ensemble du complexe des truites mexicaines, ainsi qu’une introgression génétique chez la truite endémique. Ces résultats ont été confirmés par d’autres analyses utilisant un plus grand nombre de microsatellites et de marqueurs SNP. Une étude plus fine centrée sur O. chrysogaster et combinant simulations génétiques et distribution de l’espèce a permis de définir les caractéristiques des paysages de rivières comme les principaux déterminants de la structure génétique des populations natives, voire comme des barrières aux flux de gènes. Pour cette espèce, j’ai également généré une base de données de 9676 SNP grâce aux techniques de séquençage de nouvelles génération et mis en évidence une structure génétique cryptique chez O. chrysogaster. Une approche de génomique du paysage a révélé une influence significative des variables physiques des rivières sur la structuration génétique neutre et adaptative de la truite dorée mexicaine. / The combined effect of different threats has caused an accelerated loss of biodiversity in endemic species. Then, it is crucial to quantify potential extinction risks as consequence of global change related with human activities, especially in range restricted species. An example of that situation is represented by the native Mexican trout complex inhabiting the highlands of northwest Mexico and representing the group of salmonids with the southernmost distribution in the world, with the Mexican golden trout (Oncorhynchus chrysogaster) and the coastal nelson trout (O. mykiss nelsoni) as the only described species for this complex.However, as mountaintop species, these salmonids are highly vulnerable to global change effects, mainly by climate change and the introduction of the exotic rainbow trout for aquaculture purposes. The overall aim of this PhD project is to assess the possible relationships between microevolutionary processes of the Mexican golden trout, as well as the spatial structure of their habitat defining extinction risks derived by global change.To address those questions, a riverscape genetics approach was applied at different spatial scales and taxonomic levels including population genetics analyses based on neutral microsatellite markers and Next Generation Sequencing (NGS), G.I.S. (Geographic Information Systems; riverscape characterizations), species distribution modeling and demo-genetic simulations.Initially, population genetics analyses of 11 microsatellite loci revealed a spatial genetic structure for the entire Mexican trout complex as well as genetic introgression for native trout collected in aquaculture farm proximities, these results were corroborated by other using more microsatellite and SNPs markers. Moreover, focusing on O. chrysogaster, species distribution models and demogetic simulations defined riverscape as the main factor driving native population genetic structure, and as a boundary against exotic introgression. Additionally, 9,676 SNP’s were generated by NGS techniques defining a cryptic genetic structure for O. chrysogaster. Finally, landscape genomics approaches revealed a significant influence of riverscape factors on the neutral and adaptive genetic structure of the species.

Avec les changements climatiques et les perturbations humaines, de nombreuses espèces changent leurs aires de répartition. Dans ce contexte, l’identification de loci potentiellement adaptatifs chez ces populations en expansion est importante pour mieux comprendre le potentiel évolutif et la capacité d’envahissement de ces espèces. Toutefois, chez les espèces en expansion de territoire, tel le dendroctone du pin, les processus démographiques comme le surf d’allèles peuvent résulter en des patrons spatiaux de variation génétique neutre qui imitent ceux issus des processus adaptatifs. Ce phénomène gonfle le taux de faux-positif d’identification des loci adaptatifs et confond ainsi les méthodes de génomique du paysage. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, j’ai étudié le développement des structures génétiques neutres et adaptatives lors d’une expansion de territoire. Je me suis attardé particulièrement sur l’influence de différentes conditions démographiques sur le taux de loci neutres qui imitent les patrons spatiaux de ceux adaptatifs, en menant une revue de littérature et en utilisant le système épidémique du dendroctone du pin pour paramétrer un modèle de simulations. J’ai simulé les dynamiques démographiques et génétiques des populations de dendroctones à l’aide du modèle de simulation génétique explicitement spatial CDmetaPOP. J’ai analysé les conséquences de trois facteurs sur le taux de faux-positif : 1) la capacité de dispersion; 2) le moment d’échantillonnage durant l’expansion de territoire; et 3) la force de sélection agissant sur le locus adaptatif de référence. J’ai démontré qu’une combinaison de faible capacité de dispersion, faible sélection et un échantillonnage tôt au début de l’expansion contribuent à un plus grand taux de faux-positif, alors qu’une forte capacité de dispersion conduit à de plus faibles taux de faux-positif. Lorsque les méthodes de génomique du paysage sont utilisées dans ces conditions, elles risquent d’avoir un haut taux de loci neutres identifiés comme adaptatifs et doivent donc être interprétées avec prudence. La situation démographique complexe que présente le système actuel du dendroctone (et d’autres espèces irruptives et envahissantes) rend l’identification d’allèles adaptatifs plus difficile. Les résultats de ce projet encouragent l’incorporation de ces processus démographiques dans les méthodes de génomique du paysage. / Under the actual climate changes and human perturbations global context, many species are altering their geographic range. The identification of putatively adaptive loci in those expanding populations is thus important to better understand evolutionary potential and invasiveness of these species. However, in irruptive species undergoing rapid expansion, such as the mountain pine beetle (MPB), demographic processes such as allele surfing can result in spatial patterns of neutral genetic variation that can mimic those that result from adaptive processes. This phenomenon inflates the false discovery rate of adaptive loci and thus confounds landscape genomics methods. In this thesis, I studied the development of neutral and adaptive genetic structure during a range expansion. I investigated precisely how different demographic conditions influence the rate of neutral loci mimicking the spatial patterns of adaptive loci, doing a literature review and using the mountain pine beetle outbreak system to parametrize a simulation model. I simulated the demographic and population genetic dynamics of mountain pine beetle populations undergoing range expansion using the spatially explicit, individual-based genetic model CDmetaPOP. I examined the consequences of three factors on the false discovery rate: 1) species dispersal capacity; 2) timing of sampling during the course of the expansion; and 3) the strength of selection on adaptive reference loci. I found that a combination of weak dispersal capacity, weak selection, and early sampling during expansion results in the highest rate of false positive, while strong dispersal was responsible for lower rates of false positive. Used under these conditions of dispersal capacity, strength of selection and sampling timing, landscape genomics models risk elevated false discovery rates of adaptive loci and must be interpreted cautiously. Complex demography in the current MPB system (and other irruptive and invasive species) makes identification of adaptive loci challenging. Results from this project clearly demonstrate that there is a need for further method development to include these directional demographic processes in the field of landscape genomics.