A genetic survey for cave hyena diversity and food consumption. Insight from DNA analysis of coprolites from six cave sites in the South of France
Étude génétique de la diversité et de l’alimentation de l’hyène des cavernes à partir de coprolithes de six sites du sud de la France
Résumé
To gain information on the diet and genetic diversity of the cave hyena, we performed DNA analyses on coprolites from six cave sites in southern France, including four caves from Ardèche (Châteaubourg, Grotte‑aux‑Ours cave ; Soyons, Néron and Trou‑du‑Renard caves ; Le Figuier) and two caves from Aude (Tournal, La Crouzade). Eight coprolites from these six sites were analysed using high‑throughput shotgun DNA sequencing, with 60 to 250 million DNA reads being obtained for each sample. Mining the dataset for mitochondrial DNA reads for 35 animal species, including human, we found that hyena DNA was the most abundant one in all samples, hence validating the opinion that they correspond to cave hyena coprolites. Mitochondrial DNA reads for other species strongly suggest the presence of several large animals in the cave hyena diet, including the horse and the bison (Néron), the extinct cave bear (Trou‑du‑Renard), the reindeer (Tournal) and the woolly rhinoceros (Le Figuier). The reasons why the diet could not be identified from the other coprolites are discussed. Phylogenetic analysis of the hyena mitochondrial genomes sequences reconstructed from DNA reads discloses the presence at Néron of a specimen of haplogroup B, which has not been recorded previously in France. All other coprolites display mitochondrial genomes belonging to haplogroup A. AMS radiocarbon dating analysis of three coprolites yielded ages dating back to the Aurignacian (Châteaubourg, 39,670‑38,000 cal. BP) or the Gravettian ages (Soyons : Néron, 30,890‑30,180 cal. BP ; Trou‑du‑Renard, 25,800‑25,290 cal. BP), indicating the possible replacement of mitochondrial haplogroup B by haplogroup A in Soyons. The mitochondrial haplogroup A was shown previously to include both extinct cave hyena and extant spotted hyena specimens. With a large number of new cave hyena mitochondrial genomes sequences for haplogroup A, our studies show that ancient and extant hyenas are more intermingled than previously suspected in this haplogroup. Analysis of nuclear genome data revealed phylogenetic relationships between cave and extant spotted hyenas different than those conveyed by mitochondrial genomes. Specifically, the nuclear genomes of extinct and extant spotted hyenas robustly delineate distinct monophyletic clades. In the cave hyena clade, the poor support to the grouping of the specimens according to their mitochondrial haplogroups likely reflects the effects of both incomplete lineage sorting and gene flow.
Afin d’obtenir des informations sur la diversité génétique et l’alimentation de l’hyène des cavernes, nous avons analysé l’ADN de coprolithes de six sites du sud de la France. Les sites correspondent à quatre grottes ardéchoises (Grotte‑aux‑Ours de Châteaubourg, Baume Néron et Trou‑du‑Renard de Soyons, Le Figuier) et deux grottes de l’Aude (Tournal, La Crouzade). Pour huit coprolithes de ces six sites, nous avons réalisé un séquençage global massif qui a livré à partir de chaque échantillon des lectures pour 60 à 250 millions de fragments d’ADN. La recherche de fragments du génome mitochondrial de 35 espèces animales, dont l’Homme, montre que l’ADN le plus abondant est systématiquement celui de l’hyène, ce qui valide l’identification des échantillons comme coprolithes d’hyène des cavernes. L’ADN d’autres espèces détecté dans les coprolithes indique la consommation par l’hyène de différents grands mamifères dont le cheval et le bison (Néron), l’ours des cavernes (Trou‑du‑Renard), le renne (Tournal) et le rhinocéros laineux (Le Figuier). Les raisons pour lesquelles les autres coprolithes ne livrent pas d’information sur l’alimentation de l’hyène sont discutées. L’analyse phylogénétique des séquences des génomes mitochondriaux d’hyène reconstruits à partir de l’ADN des coprolithes révèle la présence (Néron) d’un spécimen de l’haplogroupe B, détecté pour la première fois en France, alors que les autres spécimens appartiennent à l’haplogroupe A. La détermination de l’âge de trois coprolithes par la méthode du radiocarbone les situe à l’Aurignacien (Châteaubourg, 39 670‑38 000 cal. BP) ou au Gravettien (site de Soyons : Néron, 30 890‑30180 cal. BP ; Trou‑du‑Renard, 25 800‑25 290 cal. BP) suggérant, pour le site de Soyons, le possible remplacement durant le Gravettien de l’haplogroupe B par l’haplogroupe A. Nous montrons que l’haplogroupe A, constitué de génomes mitochondriaux d’hyènes des cavernes et d’hyènes tachetées actuelles, a une structuration plus complexe que celle envisagée précédemment. L’analyse des génomes nucléaires d’hyènes des cavernes et d’hyènes actuelles tachetées révèle une phylogénie différente de celle fournie par les génomes mitochondriaux. Les génomes nucléaires d’hyènes tachetées actuelles et d’hyènes des cavernes sont en effet répartis dans deux clades monophylétiques et, à l’intérieur du clade des hyènes des cavernes, le faible support pour le regroupement des spécimens en fonction de leur haplogroupe mitochondrial résulte probablement de flux géniques entre ces différents groupes et de tris de lignées incomplets.
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