Résumé
Les écosystèmes marins présentent une grande diversité d'espèces, de populations et de gènes, ce qui se traduit par une variété de fonctions et services écosystémiques. Cette biodiversité est confrontée à des menaces anthropiques croissantes et, par conséquent, diminue plus rapidement que jamais. Des aires marines protégées (AMP) permettent de préserver la biodiversité à ses différents niveaux ainsi que les mécanismes qui la génèrent. Pourtant, les mécanismes par lesquels les AMP peuvent préserver cette biodiversité sont insuffisamment connus. Cette thèse s’appuie sur le séquençage nouvelle génération (NGS) pour étudier la biodiversité des poissons méditerranéens à trois niveaux – communautés, populations et gènes – et améliorer leur conservation dans un contexte de réchauffement climatique et pression de pêche croissante.Comprendre l’effet des AMP sur les communautés de poissons nécessite la détection d’un large éventail d’espèces. Pourtant, les méthodes visuelles ne détectent qu’une fraction de la biodiversité. J'ai appliqué le metabarcoding de l’ADN environnemental (ADNe) pour étudier la diversité des communautés de poissons dans six AMP méditerranéennes. Cette approche permet de recenser les espèces présentes à partir des milliers de séquences obtenus d’un échantillon d’eau seulement. Les résultats mettent en évidence un nouveau paradoxe de la conservation : les AMP sont moins riches en espèces que les zones hors AMP. Cependant, elles abritent des assemblages d’espèces différents comparés aux zones extérieures, augmentant ainsi la diversité régionale. Cette différence est principalement due à des espèces souvent non détectées par les méthodes classiques mais détectées par l’ADNe : les poissons cryptobenthiques, pélagiques et rares.La biodiversité dépend également de la connectivité entre les populations grâce à une dispersion de larves ou d’individus entraînant un flux de gènes. J’ai donc étudié la connectivité de deux poissons, le rouget de roche (Mullus surmuletus) et le sar commun (Diplodus sargus), à l'échelle de la mer Méditerranée. J’ai d’abord développé une approche basée sur les graphes spatiaux qui étend un réseau de dispersion larvaire à plusieurs générations, correspondant aux échelles spatio-temporelles de la connectivité génétique. Ensuite, j’ai comparé ces nouvelles estimations de dispersion avec l’analyse de 1,153 SNP neutres provenant de 47 populations potentielles. Cette approche permet d’expliquer en partie comment les populations de rougets atteignent des flux de gènes élevés par le biais d'une dispersion en stepping-stone sur plusieurs générations. Des calculs de parenté révèlent ensuite que le sar est capable d'une dispersion exceptionnelle sur de longues distances (environ 2,000 km) en seulement deux ou trois générations.De tels niveaux de flux de gènes pourraient cependant diminuer la structure des populations et freiner l'adaptation locale. Pour mieux comprendre ces mécanismes, j’ai analysé 823 individus génotypés pour 704 SNP hautement différentiés. Ceci m’a permis de démêler les influences relatives de la distance spatiale, la dispersion larvaire et les conditions environnementales – qui devraient changer sous l'effet du changement climatique – sur la structure génomique des deux espèces. Les analyses révèlent que la température joue un rôle important dans la structure génomique du rouget et du sar, permettant la détection de gènes potentiellement impliqués dans l’adaptation locale.En combinant des outils génomiques et statistiques performants, cette thèse révèle de nouveaux patrons de biodiversité avec des implications pour la conservation. Les résultats soulignent comment les AMP peuvent préserver la biodiversité des poissons et la structure des communautés face à la pression de pêche. Ils suggèrent également comment des réseaux d’AMP connectés pourraient assurer la persistance et le potentiel adaptatif des populations confrontées au changement climatique.