L'élucidation des liens réciproques unissant le génotype et le phénotype constitue un objectif central de la biologie moderne. De nombreux aspects de l'évolution à l'échelle moléculaire sont ainsi connus pour répondre aux caractéristiques démographiques ou d'histoire de vie des espèces. En particulier, la théorie quasi-neutre postule que les petites populations accumulent davantage de substitutions faiblement délétères dans leur génome, en raison d'une dérive génétique accrue. La composition en bases, à travers le mécanisme de la conversion génique biaisée, s'est également révélée obéir à l'influence de paramètres macroscopiques. Cependant, l'élaboration et la vérification empirique de ces théories se sont bien souvent fondées sur une gamme limitée de groupes d'organismes, incluant principalement les mammifères. Dans cette thèse, sur la base de l'étude comparative de plusieurs dizaines de transcriptomes, nous avons étendu à l'échelle des amniotes la compréhension des déterminants des patrons moléculaires observés. Grâce à l'analyse simultanée des principaux clades de reptiles, oiseaux et mammifères, nous avons pu confirmer et généraliser le rôle majeur de la taille efficace des populations sur la capacité des espèces à purger les changements d'amino-acide désavantageux, tout en exhibant un comportement inattendu du ratio dN/dS chez les oiseaux – soulevant au passage une énigme stimulante. La conversion génique biaisée est apparue comme le principal moteur de l'évolution du taux de GC des séquences codantes chez les vertébrés, y compris chez les reptiles et les poissons, dont la composition génomique homogène en avait masqué l'action. En parallèle, l'exploitation des relations entre traits d'histoire de vie et paramètres moléculaires nous a permis de réaliser de nouvelles avancées concernant l'objectif de reconstruction des masses ancestrales, pour lequel nous nous sommes focalisés sur l'ordre des cétartiodactyles, qui se caractérise aujourd'hui par une majorité de grosses espèces (comme le chameau, la girafe ou les cétacés). L'analyse combinée du marqueur mitochondrial, encore jamais testé, et des marqueurs nucléaires, incluant une vingtaine de transcriptomes nouvellement séquencés, a témoigné en faveur du résultat singulier d'un ancêtre cétartiodactyle de petite taille, comme suggéré par la paléontologie, démontrant ainsi le potentiel prometteur des données de séquence à dévoiler le passé des organismes. / Understanding the reciprocal influence between genotype and phenotype has been a long-standing goal of modern biology. Many aspects of evolution at the molecular level are well known to respond to demographic or life history characteristics of species. In particular, the nearly-neutral theory postulates that small populations accumulate a heavier load of slightly deleterious substitutions in their genome as a result of increased genetic drift. Base composition has also been shown to reflect the influence of macroscopic parameters through the mechanism of GC-biased gene conversion. However, the development and empirical validation of these theories are mostly based on a restricted diversity of organisms, in which mammals stand as a major contributor. In this thesis, using a comparative approach and tens of transcriptomes, we aimed at extending to Amniota our understanding of the determinants of molecular evolutionary patterns. With the incorporation of all clades of reptiles, we confirmed the major role of the effective population size on species ability to purge deleterious amino-acid changes, while revealing a paradoxical response of the dN/dS ratio in birds, raising a stimulating enigma. The biased gene conversion also emerged as the main driver of coding sequence GC content in vertebrates, including reptiles and fishes, whose genomic homogeneity had kept its signal hidden for long. In parallel, the relations between life-history traits and molecular parameters have enabled us to investigate and make progress in the field of ancestral body mass reconstruction. We focused on the Cetartiodactyla order, a group which is mainly characterized by large extant species (such as camel, giraffe or whales). The combined analysis of the yet untested mitochondrial marker and nuclear genes, including 21 newly sequenced transcriptomes, testified in favor of the singular result of a small cetartiodactyl ancestor, in agreement with the palaeontological record, demonstrating the strong potential of DNA sequences to reveal the past of organisms.

Les rivières en tresses sont des grandes rivières alluviales de piémont montagneux à forte dynamique spatio-temporelle et à géomorphologie particulière. Leur cours traverse alternativement de vastes plaines et des rétrécissements de vallées ou canyons. Cette géomorphologie influence fortement les échanges d’eau entre la rivière avec sa nappe souterraine et sur l’épaisseur sédimentaire. Les échanges d’eau entre la rivière et sa nappe se produisent à différentes échelles allant de la vallée jusqu’à des bancs de graviers et peuvent créer des filtres biotiques et abiotiques qui influencent les communautés d’invertébrés. Les canyons créent des zones de moindre épaisseur sédimentaire voire d’absence de sédiments et peuvent représenter de fortes barrières à la dispersion pour des organismes inféodés au milieu sédimentaire souterrain. Ce travail de thèse a cherché à évaluer dans quelle mesure la géomorphologie pouvait donc structurer les communautés d’invertébrés de surface et souterraines et pouvait jouer sur la dispersion d’un organisme souterrain Proasellus walteri. Les différents résultats obtenus ont permis de montrer que la géomorphologie structurait les communautés d’invertébrés en mettant en évidence une forte réponse des communautés souterraines mais pas de surface et créait des zones de forte biodiversité à l’aval des plaines. Les résultats de cette étude ont également permis de conclure sur un effet positif de la géomorphologie des rivières en tresses sur la structuration génétique de P. walteri et de mettre en évidence de grandes tailles de populations ainsi que de fortes capacités de dispersion, permettant d’écarter certaines idées reçues sur le milieu souterrain / Braided rivers are large alluvial rivers found in piedmont mountainous areas. These rivers are very dynamic systems in space and time and exhibit particular geomorphology. The river flows alternatively into large alluvial plains or narrowing parts (also defined as canyons). This geomorphology impacts groundwater-surface water exchanges and sedimentary thickness. Groundwater-surface water exchanges occur at different scales, then interacting to shape biotic and abiotic filters for invertebrate communities. Canyons can reduce sedimentary continuity or interrupt it and may represent strong barriers to dispersal for sedimentary-dwelling organisms. This present work aimed at evaluating the effects of geomorphology in invertebrate community structure and as a potential barrier to dispersal in the subterranean organism Proasellus walteri. The different results obtained have shown that geomorphology structured invertebrate communities, highlighting a strong response in groundwater communities but not in surface communities and have shown that downstream parts of alluvial plains were hotspots of biodiversity. The results of this study also concluded on a positive effect of geomorphology in braided rivers on the genetic structure of P. walteri and underlined large effective population size and high dispersal ability, then removing some misconceptions about subterranean environment

Cette thèse porte sur le décryptage des causes des variations des taux de substitution moléculaires entre lignées. D'un point de vue théorique, différentes hypothèses sont souvent basées sur des distributions des valeurs sélectives des mutations assez simplistes. En utilisant le modèle géométrique de Fisher, nous avons pu dériver des expressions pour cette distribution, et mettre en évidence l'importance de la complexité phénotypique et de la pléiotropie des mutations. Les variations entre espèces de la proportion de changements d'amino-acides qui sont adaptatifs sont souvent interprétées comme une conséquence de différences de taille de population. Par des simulations, nous avons démontré que la taille efficace des populations n'a qu'une influence faible sur la variation de ces taux, et que les changements environnementaux et la complexité phénotypique peuvent avoir un effet plus important. En ce qui concerne les taux de substitution synonymes, une relation inverse avec la masse corporelle est souvent décrite chez les vertébrés endothermes. Pour déterminer si cette relation est aussi valable chez les vertébrés ectothermes, nous avons suivi une approche comparative portant sur les tortues. Nous avons estimé les taux de substitution synonymes chez 224 espèces, que nous avons ensuite comparé à la masse corporelle (et autres traits d'histoire de vie) et à une variable environnementale (la latitude). Nos résultats démontrent que les taux d'évolution moléculaires sont fortement corrélés aux conditions environnementales et non pas à des traits d'histoire de vie. / The main objective of the present thesis is to elucidate the causes of variations in rates of molecular evolution among lineages, and in particular, to understand how factors connected to mutation, selection and genetic drift can influence these variations.