Structure clonale, diversité génétique et croissance radiale du peuplier faux-tremble au Canada

La diversité et la structure génétique des espèces arborescentes sont influencées par des facteurs historiques comme les migrations et les flux géniques lors de la recolonisation postglaciaire ou encore des facteurs environnementaux comme les perturbations naturelles (climat, feux de forêts, sècheresse, insectes). Au cours du temps, ces facteurs ont modelé la répartition spatiale de la diversité génétique des espèces présentes dans les écosystèmes forestiers nord-américains comme le peuplier faux-tremble (ou tremble; Populus tremuloïdes Michx.). Ainsi la diversité génétique et la structure clonale du tremble peuvent varier en forêt boréale et dans la tremblaie-parc en fonction de facteurs tels que les conditions climatiques, les régimes de feux ou encore la fragmentation du paysage. De la même façon, la croissance radiale tend à être principalement influencée par les conditions environnementales propres à chaque site. Cependant, la composition génétique des arbres pourrait aussi jouer un rôle important dans les dynamiques de croissance, et aucune étude n’a encore évalué ces effets dans des peuplements naturels du peuplier faux-tremble. Cette thèse s’articule autour de trois chapitres dont les objectifs étaient: i) de comprendre les origines et les dynamiques de recolonisation du peuplier, ii) d’évaluer les variations régionales de diversité génétique et de structure clonale au Canada, et iii) de mesurer l’effet de la structure génétique des populations sur les variations de la réponse de croissance du peuplier. Dans le chapitre 2, nous avons tenté s’identifier les zones refuges et les routes de la recolonisation postglaciaire à travers l’étude de la diversité et de la structure génétique des populations entre elles. En Amérique du nord, la dernière période glaciaire est l’évènement récent ayant eu le plus de conséquences sur la diversité génétique actuelle des espèces boréales. Un total de 28 populations a été échantillonné entre l’Alaska et la Saskatchewan. Nos résultats ont montré qu’il y avait peu à pas de différentiation génétique entre les populations de P. tremuloides sans signe d’isolation génétique avec la distance géographique dans la partie nord-ouest de son aire de répartition. Nous avons observé les valeurs les plus faibles d’hétérozygotie observée et les valeurs les plus élevées de richesse allélique au niveau du piémont des montagnes rocheuses de l’Alberta, une région qui pourrait être une zone d’admixture. Enfin, il n’y avait aucune évidence que la Béringie ou le Ice-free corridor aient été des zones refuges pour cette espèce. Dans le chapitre 3, nous avons évalué les variations de diversité génétique et de structure clonale du tremble en relation avec les différences de conditions de site (aridité, feux de forêt, fragmentation). L’étude d’un réseau de 30 peuplements à travers la forêt boréale et la tremblaie-parc, nous a permis de montrer que le pourcentage de clones uniques et la diversité clonale élevée sont probablement causés par : i) la reproduction épisodique par graine en plus du drageonnement dans le cas où le peuplier était déjà présent, et ii) une auto-éclaircie des ramets intra clone plus fort avec le temps écoulé depuis le dernier feux. Nous avons aussi montré que la fragmentation du paysage et des taux de brulage élevés influencent négativement les niveaux de diversité génétique. La diversité génétique et la structure clonale des peuplements de tremble au Canada semblent être plus similaires à l’échelle continentale qu’on aurait pu le supposer avec aucun effet observé du climat. Le tremble apparaît comme étant une espèce généraliste avec une grande capacité d’adaptation maintenant de fort niveau de diversité dans des environnements variés et hétérogènes. Dans le chapitre 4, nous avons examiné la contribution relative de la génétique (c.-à-d. la diversité clonale, l’hétérozygotie observée) et de l’environnement (c.-à-d. insectes, climat) sur la croissance du peuplier (évaluée par la corrélation moyenne de la croissance entre les arbres (RBAR), l’accroissement en surface terrière des arbres (T BAI) et la variabilité interannuelle de croissance (MS)). Pour cela, nous avons échantillonné 440 arbres dans 22 peuplements naturels en forêt boréale canadienne. La croissance annuelle de peuplements multi-clonaux était moins homogène que celle de peuplements monoclonaux. Le maintien de peuplements de peupliers diversifiés dans le paysage pourrait assurer d’avoir une grande variabilité de la réponse de croissance face aux variations environnementales, qui au final pourrait permettre une plus forte résilience des tremblaies dans des conditions climatiques futures. Le tremble est une espèce qui livre petit à petit ses secrets. Longtemps laissé de côté et peu étudié en raison de sa facilité de régénération et d’un intérêt économique moindre par rapport aux conifères, son écologie et sa dynamique ne sont pas si simples. Cette thèse a contribué à révéler les bases de l’organisation et des dynamiques génétiques chez cette espèce-clé. Ainsi, cette étude apporte des informations sur l’histoire démographique de cette espèce depuis la dernière glaciation mais aussi sur les différences génétiques observées à travers la forêt boréale et les liens avec la croissance. Dans le futur, il serait bon de développer et d’utiliser une approche génomique et plus particulièrement les SNPs afin de valoriser ce jeu de données riche de diversité et représentatif de l’ensemble de la forêt boréale nord-américaine (du Québec à l’Alaska). Cela pourrait permettre de répondre à des questions telles que : i) y a-t-il des SNPs sous sélection dans certaines zones où les changements environnementaux et le dépérissement sont déjà forts (zone sud de la tremblaie-parc) ; ii) existe-t-il des gènes d’adaptation propres à des conditions environnementales définies (conditions climatiques, résistance aux insectes). D’un point de vue plus pratique, il pourrait être important de comprendre plus précisément : i) quels facteurs gouvernent l’apparition et la persistance d’individus triploïdes (présence de 3 copie du génome) dans le paysage ; ii) qu’apporte la triploïdie comme avantage pour le tremble (physiologie, compétition, croissance) ; iii) quel est le rôle de la triploïdie dans l’adaptation aux changements climatiques. Il y a donc encore de nombreux axes de recherche qui mériteraient d’être développés et exploités dans le futur

Fine-scale assessment of genetic diversity of trembling aspen in northwestern North America

Background: In North America, the last ice age is the most recent event with severe consequences on boreal species’ ranges. Phylogeographic patterns of range expansion in trembling aspen (Populus tremuloides) suggested that Beringia is likely to be a refugium and the "ice-free corridor" in Alberta may represent a region where small populations persisted during the last glacial maximum (LGM). The purpose of this study was to ascertain whether the origins of trembling aspen in western North America are reflected in the patterns of neutral genetic diversity and population structure. A total of 28 sites were sampled covering the northwestern part of aspen’s distribution, from Saskatchewan to Alaska. Twelve microsatellite markers were used to describe patterns of genetic diversity. The genetic structure of trembling aspen populations was assessed by using multivariate analyses, Mantel correlograms, neighbor-joining trees and Bayesian analysis. Results: Microsatellite markers revealed little to no neutral genetic structure of P. tremuloides populations in northwestern North America. Low differentiation among populations and small isolation by distance (IBD) were observed. The most probable number of clusters detected by STRUCTURE was K = 3 (?K = 5.9). The individuals in the populations of the 3 clusters share a common gene pool and showed a high level of admixture. No evidence was found that either Beringia or the "ice-free corridor" were refugia. Highest allelic richness (AR) and lowest heterozygosity (Ho) were observed in Alberta foothills of the Rocky Mountains. Conclusions: Contrary to our hypothesis, our results showed that microsatellite markers revealed little to no genetic structure in P. tremuloides populations. Consequently, no divergent populations were observed near supposed refugia. The lack of detectable refugia in Beringia and in the "ice-free corridor" was due to high levels of gene flow between trembling apsen populations. More favorable environmental conditions for sexual reproduction and successful trembling aspen seedling establishment may have contributed to increase allelic richness through recombination in populations from the Albertan foothills of the Rocky Mountains

Impacts of climate change in the marine environment.

Despite current scientific knowledge, climate remains a complicated issue and uncertainties remain. Against this background the debate on global warming is ongoing and a true consensus is still a long way off. This study was initiated to attempt to evaluate the impact of climate change on the geographical distributions of marine mammals and seabirds. The means for collecting data was the BT Global Challenge (2000-2001) which provided a unique opportunity to collect global marine data. This race involved sailing around the world east to west, against all prevailing winds and currents. Fifty-one indicator species were selected based on observations made in two previous races. Observations during the first leg from Southampton to Boston include the White-Beaked Dolphin (Lagenorhynchus albirostris), Striped Dolphin (Stenella coeruleoalba), Atlantic Spotted Dolphin (Stenella frontalis) and Short Snouted Spinner Dolphin (Stenella clymene). The geographic locations of these cetaceans are unusual but above average sea temperatures of 17ºC had been recorded. Similarly, observations of seabirds included the Dusky Shearwater (Puffinus obscurus) and Southern Giant Petrel (Macronectes giganteus) which were outside their usual geographic range. Once all results have been submitted, data will be compared with the previous races in 1992-1993 and 1996-1997. It is hoped that the comparisons will ultimately identify changes and trends in the geographical distributions of marine mammals and seabirds over the last decade

Epigenetic variation for agronomic improvement: an opportunity for vegetatively propagated crops

International audienc

Aspen_SSR_Data_Latutrie_et _al

This excel dataset is composed of 3 pages, one with the geographical coordinates of the sampled sites, and two pages with the data in the STRUCTURE and GenAlex formats

Wild snapdragon plant pedigree sheds light on limited connectivity enhanced by higher migrant reproductive success in a fragmented landscape

Background: In contrast with historical knowledge, a recent view posits that a non-negligible proportion of populations thrive in a fragmented landscape. One underlying mechanism is the maintenance of functional connectivity, i.e., the net flow of individuals or their genes moving among suitable habitat patches. Alternatively, functional connectivity might be typically limited but enhanced by a higher reproductive success of migrants. Methods: We tested for this hypothesis in wild snapdragon plants inhabiting six patches separated by seawater in a fragmented Mediterranean scrubland landscape. We reconstructed their pedigree by using a parentage assignment method based on microsatellite genetic markers. We then estimated functional connectivity and the reproductive success of plants resulting from between-patch dispersal events. Results: We found that wild snapdragon plants thrived in this fragmented landscape, although functional connectivity between habitat patches was low (i.e. 2.9%). The progeny resulting from between-patch dispersal events had a higher reproductive success than residents. Conclusion: Our findings imply that low functional connectivity in a fragmented landscapes may have been enhanced by higher reproductive success after migration. This original mechanisms might be partly compensating the negative impact of fragmentation

Assessing Global DNA Methylation Changes Associated with Plasticity in Seven Highly Inbred Lines of Snapdragon Plants (Antirrhinum majus)

International audienceGenetic and epigenetic variations are commonly known to underlie phenotypic plastic responses to environmental cues. however, the role of epigenetic variation in plastic responses harboring ecological significance in nature remains to be assessed. The shade avoidance response (SAR) of plants is one of the most prevalent examples of phenotypic plasticity. It is a phenotypic syndrome including stem elongation and multiple other traits. Its ecological significance is widely acknowledged, and it can be adaptive in the presence of competition for light. Underlying genes and pathways were identified, but evidence for its epigenetic basis remains scarce. We used a proven and accessible approach at the population level and compared global DNA methylation between plants exposed to regular light and three different magnitudes of shade in seven highlyinbred lines of snapdragon plants (Antirrhinum majus) grown in a greenhouse. Our results brought evidence of a strong SAR syndrome for which magnitude did not vary between lines. They also brought evidence that its magnitude was not associated with the global DNA methylation percentage for five of the six traits under study. The magnitude of stem elongation was significantly associated with global DNA demethylation. We discuss the limits of this approach and why caution must be taken with such results. In-depth approaches at the DNA sequence level will be necessary to better understand the molecular basis of the SAR syndrom

Wild snapdragon plant pedigree sheds light on limited connectivity enhanced by higher migrant reproductive success in a fragmented landscape

Background: In contrast with historical knowledge, a recent view posits that a non-negligible proportion of populations might respond positively to habitat fragmentation. Populations might thrive in a fragmented landscape if functional connectivity, i.e., the net flow of individuals or their genes moving among suitable habitat patches, is not restricted. Alternatively, functional connectivity might be typically limited but enhanced by a higher reproductive success of migrants. Methods: We tested for this hypothesis in wild snapdragon plants inhabiting six patches separated by seawater in a fragmented Mediterranean scrubland landscape. We reconstructed their pedigree by using a parentage assignment method based on microsatellite genetic markers. We then estimated functional connectivity and the reproductive success of plants resulting from between-patch dispersal events. Results: We found that wild snapdragon plants thrived in this fragmented landscape, although functional connectivity between habitat patches was weak (i.e. 2.9%). The progeny resulting from between-patch dispersal events had a higher reproductive success than residents. Conclusion: Our findings expose a remarkable aspect of fragmented landscapes, where weak functional connectivity was enhanced by higher reproductive success after migration. This process might have the potential to compensate at least partly the negative impact of fragmentation