Laboratoire Evolution et Diversite Biologique

Thèmes de recherche

Le thème central de mon travail de recherche est l’étude de l’évolution des systèmes de reproduction chez les plantes. Plusieurs thématiques sont abordées :

 

•  Evolution du système de reproduction en fonction du degré d’isolement des populations : effet de compensation de la biodiversité.

Dans ce projet le modèle d’étude est Rhododendron ferrugineum (Ericaceae), espèce emblématique de l’étage subalpin (1400 - 2200 m) des Alpes et des Pyrénées. A l’étage subalpin des Pyrénées, les populations de R. ferrugineum sont parfois très fragmentées, de taille et d’un degré d’isolement très variables (de quelques individus vs populations couvrant plusieurs centaines d’hectares). On retrouve cette variabilité dans différents contextes écologiques : communautés à diversité floristique élevée (Pyrénées orientales) ou faible (Pyrénées centrales). Ces caractéristiques sont intéressantes, tant il est vrai que les auteurs ayant étudiés l’impact de la fragmentation des habitats n’ont pas toujours été en mesure d’effectuer des études comparées entre des milieux non fragmentés et des milieux fragmentés. Les principaux pollinisateurs de R. ferrugineum sont les abeilles et les bourdons, lesquels sont habituellement fidèles aux aires et aux espèces qu’ils exploitent. Récemment, nous avons mis en évidence un changement profond du système de reproduction (autoincompatibilité vs autocompatibilité) dans une population isolée témoignant de l’aptitude de cette espèce à répondre aux conditions environnementales locales.

Dans ce contexte, nous proposons de tester la nouvelle hypothèse selon laquelle la diversité dans les communautés végétales compenserait les effets négatifs de la fragmentation. En effet, les communautés à densité florale élevée, riches en récompenses (pollen et nectar) abritent généralement une communauté de pollinisateurs abondante et diversifiée. La diversité spécifique en pollinisateurs joue un rôle prépondérant sur l’abondance dans le succès reproducteur des plantes. Ainsi ces communautés constitueraient des ‘sources’ potentielles de pollinisateurs pour l’espèce isolée. De plus elles pourraient constituer dans le paysage un continuum de ressources, favorable aux déplacements des pollinisateurs, favorisant ainsi la connectivité (flux de pollen ou de graines) entre les populations. Ce projet vise à : (1) Étudier et confirmer l’effet de l’isolement et de la fragmentation des populations sur le succès reproducteur (production de fruits et graines), le syndrome de pollinisation (traits de la morphologie florale, autocompatibilité/autoincompatibilité,…), le système de reproduction de cette espèce (autogamie vs allogamie) en fonction du degré de fragmentation (taille et isolement). (2) Étudier l’effet de compensation de la qualité de la communauté végétale (diversité et densité florale) sur la reproduction des populations fragmentées. (3) Reconstituer les flux géniques dans et entre les populations en fonction du degré de fragmentation des populations de R. ferrugineum et de la qualité de la communauté.

Collaboration : Pierre Rasmont - Service de Zoologie, Université de Mons-Hainaut, Belgique.

• Impact des fourmis dans le succès reproducteur de Rhododendron ferrugineum

Chez R. ferrugineum, l’amplitude altitudinale est telle que les populations de basses altitudes, ne sont pas soumises aux mêmes conditions écologiques que celles de hautes altitudes (vent plus violent, températures plus faibles…). Une étude antérieure a montré que l’altitude avait une impact significatif sur l’activité et la diversité des pollinisateurs : à basse altitude (1300 m) les principaux visiteurs des fleurs de R. ferrugineum sont les abeilles et les bourdons, alors qu’à haute altitude les fourmis deviennent prépondérantes.

Les questions posées sont : (i) peut-on attribué un rôle de pollinisateurs aux fourmis ? (ii) quel(s) impact(s) ont ces insectes sur la pollinisation par les autres hyménoptères (abeilles, bourdons) ?

Collaboration : Xavier Espalader - Departament de Biologia Animal, de Biologia Vegetal i d’Ecologia,Universitat Autònoma de Barcelona, Espagne.

• Evolution du système de reproduction sexuée dans le genre Rhododendron

Le genre Rhododendron comprend environ 1025 espèces, son centre de distribution se situe au sud et à l’est de l’Asie. Le genre a été largement étudié d’un point de vue taxinomique. Beaucoup de données concernant la morphologie florale sont disponibles mais les études relatives au système de reproduction sont rares. Beaucoup d’espèces montrent une "approach herkogamy" (étamines plus petites que le stigmate) alors que d’autres ont une "reverse herkogamy" (étamines plus grandes que le stigmate). Les espèces de Rhododendron étudiées jusqu’à présent sont auto-compatibles sauf R. championae et R. moulmainense qui sont auto-incompatibles. Pour les rares espèces où des données sur le système de reproduction sont disponibles, il semble que les stratégies de reproduction soient corrélées avec les relations phylogénétiques. Cependant les espèces qui poussent dans les environnement où l’activité des pollinisateurs est réduite (fort vent, faible température) développent souvent des mécanismes favorisant l’auto-pollinisation (assurance reproductive) comme cela a été démontré chez R. ferrugineum (voir Escaravage et al. 1996) et R. aureum au Japon.

La question centrale de ce projet est : est-ce que le système de reproduction chez les espèces de Rhododendron est un adaptation aux fortes contraintes écologiques ou est-ce qu’il reflète uniquement l’histoire évolutive du genre ?

Collaborations : Felix Forest - Royal Botanic Garden Kew, UK Royal Botanic Garden Edinburgh, UK

• Variabilité génétique des populations de Aster pyrenaeus : implication pour sa conservation.

L’Aster des Pyrénées (Astéraceae) est une endémique rare des Pyrénées françaises et des Monts Cantabriques espagnols. Sa rareté, observée dès le début du XIXe, semble principalement due à une cueillette excessive par les botanistes collectionneurs de plantes rares. L’Aster était récolté pour la réalisation d’herbiers ou la culture parfois à des fins commerciales. L’espèce semblait au bord de l’extinction au début des années 90, avec seulement trois populations connues mais des prospections récentes ont permis de découvrir de nouveaux sites, portant aujourd’hui à quinze le nombre de stations répertoriées en France et en Espagne. Pour ces raisons, l’espèce est protégée sur l’ensemble du territoire français. Les prospections sur le terrain ont permis de mettre en évidence des populations dans le département des Pyrénées Atlantiques et des Hautes Pyrénées ainsi que dans les Monts Cantabriques. Les stations de Haute-Garonne, d’Ariège et de Pyrénées Orientales pourtant citées dans la bibliographie n’ont pas pu être retrouvées malgré les recherches. D’après les stations recensées, l’Aster des Pyrénées trouve son optimum écologique à l’étage montagnard mais il peut être rencontré de 600 à 1850m. Actuellement, les menaces qui pèsent sur l’Aster ne sont plus dues aux collectionneurs mais plutôt à la fermeture du milieu, conséquence de l’arrêt du pastoralisme, et à l’expansion d’espèces avec laquelle il entre en compétition. Préserver la diversité génétique des espèces rares doit être l’un des buts premiers des plans de conservation. En effet, la survie à long-terme et l’évolution des espèces dépend du maintien d’un niveau de variabilité génétique suffisant au niveau intra et inter-populationnel pour que l’espèce puisse s’adapter à de nouvelles pressions de sélection induites par des changements environnementaux, de nouveaux compétiteurs ou parasites Ce projet vise à étudier la diversité génétique de l’Aster des Pyrénées en utilisant les marqueurs ISSR et devait permettre d’estimer les points suivants :

• le niveau de diversité génétique de l’espèce
• l’importance des flux des gènes
• l’apparentement entre les différentes populations Les résultats de cette étude permettront principalement d’orienter les recommandations de conservation.

Collaboration :
Jocelyne Cambécédès & Gérard Largier - Conservatoire Botanique National des Pyrénées et de Midi-Pyrénées

Activités d’enseignement

Evolution et diversité végétale, biologie des organismes végétaux (Licence 1 et Licence 3 BGSTU)

Biologie de la reproduction des plantes (Licence 3 BOPE)

Biologie de la pollinisation (Master 1)

Utilisation des marqueurs moléculaires appliqués à la biologie de la conservation (Masters 1 et 2)

Responsabilité et co-responsabilité d’unités d’enseignement

Licence 1 - Diversité Végétale

Licence 3 BGSTU - Evolution et Diversité Végétale

Licence 3 BOPE - Biologie de la reproduction des plantes

Master 2 "Gestion de la biodiversité" - Evaluation qualitative et quantitative de la biodiversité

Publications

Delmas C., Lhuillier E., Pornon A., Escaravage N. 2011 - Isolation and characterization of microsatellite loci in Rhododendron ferrugineum (Ericaceae) using pyrosequencing technology. American Journal of Botany - Primer notes & Protocols (sous presse)

Marty C., Pornon A., Escaravage N., Winterton P., Lamaze T. 2009 - Complex interactions between a legume and two grasses in a subalpine meadow. American Journal of Botany 96(10) : 1–7. 2009

Pornon A., Escaravage N., Lamaze T. 2007 - Complementarity in mineral nitrogen use ammong dominant plant species in a subalpine community. American Journal of Botany 94(11) - 1778-1785

Escaravage N., Wagner J. 2004 - Pollination effectiveness and pollen dispersal in a Rhododendron ferrugineum (Ericaceae) population. Plant Biology 6 : 606-615

Escaravage N., Flubacker E., Pornon A., Doche B., Till-Bottraud I. 2001 - Stamen dimorphism in Rhododendron ferrugineum (Ericaceae) : development and function. American Journal of Botany 88(1) : 68-75

Questiau S., Escaravage N., Eybert M.C., Taberlet P. 2000 - Nestling sex ratios in a wild population of bluethroat (Luscinia svecica) inferred from AFLP^TM analysis. Journal of Avian Biology 31 : 8-14

Pornon A., Escaravage N., Thomas P., Taberlet P. 2000 - Dynamics of genotypic structure in clonal Rhododendron ferrugineum (Ericaceae) populations. Molecular Ecology 9 : 1099-1111

Pornon A., Escaravage N. 1999 - Genotype structure in clonal Rhododendron ferrugineum L. (Ericaceae) populations : origin and maintenance. Plant Ecology 141 : 145-150

Escaravage N., Questiau S., Pornon A., Doche B., Taberlet P. 1998 - Clonal diversity in a Rhododendron ferrugineum L. (Ericaceae) population inferred from AFLP markers. Molecular Ecology 7 : 975-982

Pornon A., Escaravage N., Till-Bottraud I., Doche B. 1997 - Variation of reproductive traits in Rhododendron ferrugineum L. (Ericaceae) populations along a successional gradient. Plant Ecology 130 : 1-11

Escaravage N., Pornon A., Doche B., Till-Bottraud I. 1997 - Breeding system in an alpine species : Rhododendron ferrugineum L. (Ericaceae) in the french northern Alps. Canadian Journal of Botany 75(5) : 736-743

Taberlet P., Griffin S., Goossens B., Questiau S., Manceau V., Escaravage N., Waits L.P, Bouvet J. 1996 - Reliable genotyping of samples with very low DNA quantities using PCR. Nucleic Acids Research 24(16) 3189–3194

Escaravage N., Pornon A., Doche B. 1996 - Dynamique des populations de Rhododendron ferrugineum L. (Ericaceae) en altitudes (Alpes du Nord, France). Dissertation Botanica 258 : 103-113

Escaravage N., Pornon A., Doche B. 1996 - Evolution des potentialités dynamiques des landes à Rhododendron ferrugineum L. avec les conditions de milieu (étage subalpin des Alpes du Nord - France). Ecologie 27(1) : 35-50