Chez les organismes pluricellulaires, la diversité morphologique observée à tous les niveaux est frappante, que ce soit au niveau de la taille, des couleurs, ou de la forme des individus, et des différentes parties qui les composent. La sélection naturelle, ainsi que les contraintes développementales, influencent l’évolution de ces différents attributs, sur le court terme comme sur le long terme. Le modèle choisi ici pour étudier l’évolution des formes est le grain de pollen des plantes à fleurs, qui présente une très grande diversité morphologique. Nous nous sommes focalisés sur un caractère morphologique, les apertures, qui sont des structures de la paroi du grain de pollen impliquées dans la survie et la reproduction. Nous avons étudié l’évolution des apertures à grande échelle taxonomique chez les angiospermes, et nous montrons que s’il existe de nombreuses variations, deux types principaux dominent : un pollen à une aperture chez les Monocotylédones et les angiospermes divergeant à la base, et un pollen à trois apertures chez les Eudicotylédones. En étudiant la dominance du pollen à trois apertures, nous avons pu montrer que la stase chez les Eudicotylédones était vraisemblablement due à une sélection stabilisante plutôt qu’à des contraintes développementales. Nous avons également montré, grâce à l’utilisation de mutants de la plante modèle Arabidopsis thaliana, qu’un nombre d’apertures élevé est défavorable face à un stress osmotique, ce qui pourrait suggérer que les pollens triaperturés représentent un bon compromis entre survie et germination. Enfin, nous nous sommes intéressés à un type particulier de pollen possédant de nombreuses apertures, dont nous avons étudié la distribution chez les angiospermes. L’apparition de ce type de pollen est récurrente, mais il n’est que rarement fixé à grande échelle taxonomique, suggérant l’existence d’un mécanisme de sélection interphylétique éliminant ce type de pollen sur le long terme. / Multicellular organisms are morphologically very diverse at every scale, regarding size, color, and shape of individuals and of their different parts. Natural selection and developmental constraints influence evolution of these characteristics, on the short term as well as on the long term. The model chosen here to study form evolution is the pollen grain of flowering plants, which is very diversified morphologically. We focused on specific features called apertures, which are structures of the pollen wall involved in survival and reproduction. We studied aperture evolution at large taxonomic scale in angiosperms, and we showed that in spite of variations, two main pollen types dominate: a pollen with one aperture in Monocots and early diverging angiosperms, and a pollen with three apertures in Eudicots. The study of this pattern showed that the stasis of triaperturate pollen in Eudicots is likely due to stabilizing selection rather than developmental constraints. Experiments on Arabidopsis thaliana mutants also revealed that an increase in aperture number was associated with lower resistance to osmotic stress. This result could suggest that triaperturate pollen grains represent a good trade-off between survival and germination. Moreover, we focused on a particular pollen type with many apertures, to determine its distribution in angiosperms. This type of pollen has many origins, however it is seldom fixed at large taxonomical scale, suggesting the intervention of lineage selection, eliminating this pollen type in the long run.

L’objectif de cette thèse est d’étudier le rôle de neuropeptides cérébraux, telle que la Neurokinin B codée par le gène tac3, dans le contrôle de la reproduction d’une espèce en danger, l’anguille Européenne, Anguilla anguilla. La maturation sexuelle de l’anguille est bloquée à un stade prépubertaire avant la migration océanique. Etant donnée sa position phylogénétique basale parmi les téléostéens, l’anguille est un modèle pertinent pour étudier l’évolution moléculaire et fonctionnelle de neuropeptides d’intérêt. Deux gènes paralogues tachykinine 3 (tac3) ont été identifiés dans le génome de l’anguille, chacun codant pour deux peptides. Ces gènes paralogues résultent de la duplication complète du génome spécifique aux téléostéens, comme le montrent les analyses phylogénétiques et synténiques. Les analyses de qPCR montrent que les deux gènes sont exprimés dans le cerveau. Les quatre peptides d’anguille ont été synthétisés et testés sur des cultures primaires de cellules hypophysaires d’anguille. Les quatre peptides inhibent l’expression de l’hormone lutéinisante et d’un récepteur à la gonadolibérine, révélant un double rôle inhibiteur dans le contrôle de la reproduction. / The aim of this PhD is to investigate the role of brain neuropeptides, such as neurokinin B, encoded by tac3 gene, in the control of reproduction of an endangered species, the European eel, Anguilla anguilla. The sexual maturation of the eel is blocked at a prepubertal stage before the oceanic migration. Due to its basal phylogenetic position among teleosts, the eel is also a relevant model for studying molecular and functional evolution of key neuropeptides. Two tachykinin 3 (tac3) paralogous genes were identified in the eel genome, each encoding two peptides. These paralogs result from the teleost-specific whole genome duplication, as shown by phylogeny and synteny analyses. Both genes are expressed in the brain as shown by qPCR. The four eel peptides were synthesized and tested on primary cultures of eel pituitary cells. The four peptides inhibited the expression of luteinizing hormone and gonadotropin-releasing hormone receptor, revealing a dual inhibitory role in the control of reproduction.

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Despite the extraordinary diversity of behavior across the animal kingdom, the genes and molecules that contribute to such natural diversity are largely unknown. In this thesis, I leverage the dramatic divergence in behavior between two closely related species of deer mice (genus Peromyscus) to investigate the genetic, cellular, and neuroendocrine basis of behavior. In chapter 2, I show that the monogamous oldfield mouse (Peromyscus polionotus subgriseus) has evolved a novel cell type in the adrenal gland that expresses the enzyme AKR1C18, which converts progesterone into 20α-hydroxyprogesterone (20α-OHP). I then demonstrate that 20α-OHP is more abundant in oldfield mice than in the closely-related promiscuous prairie deer mouse (P. maniculatus bairdii) and that it increases monogamous-typical parental behaviors when administered to both monogamous fathers. Using quantitative trait locus mapping in a cross between these species, I discover interspecific genetic variation that drives expression of the glycoprotein tenascin N and ultimately contributes to gain of adrenal AKR1C18 expression in oldfield mice. In chapter 3, I investigate the genetic architecture underlying the striking difference in exploratory behavior between prairie deer mice and oldfield mice. Through congenic fine-mapping, I identify a 15-Mb locus that strongly contributes to species differences in exploratory behavior. I then investigate the potential contributions of one of the 18 genes in the locus, Olfm4, which harbors cis-regulatory variants that drives its expression in the oldfield hypothalamus. Taken together, my research advances our understanding of the genetic and molecular causes that drive rapid behavioral divergence between species.

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