Utilisation des banques de graines pour étudier l évolution contemporaine

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1 Utilisation des banques de graines pour étudier l évolution contemporaine Pierre-Olivier Cheptou Centre d Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (UMR 5175) Montpellier, France

2 Conservation ex-situ et Banques de graines La conservation ex situ est une technique de conservation de la faune et de la flore sauvages hors du milieu naturel. L objectif est le renforcement des stations naturelles affaiblies, voire la réintroduction en nature si l espèce a disparu. Chez les plantes : conservation au froid et à faible hygrométrie des graines (amplification de la dormance). Protocole d échantillonnage répondant à des règles précises : taille de l échantillon, maintien de la diversité génétique Svalbard Global Seed Vault

3 Conservation ex-situ et banques de graines Dans les années , les Conservatoires Botaniques Français ont mis en conservation des graines de taxons menacés à l échelle régionale : Conservation ex situ : une des missions des CBN (recommandations dans le cahier des charges) Motivation : réintroduction d espèces menacées par les changements de milieux (fragmentation, etc ) Plusieurs milliers de lots par conservatoires Aujourd hui : peu d évaluations de l efficacité des réintroductions. Paradoxe : re-introduire des plantes «anciennes» dans un nouvel environnement

4 Pollinisateurs communs 2/51 Changements globaux (D après Winfree et al. 2011) Temps Reproduction des plantes : pollinisation entomophile

5 Changement de richesse spécifique des abeilles Pertes d espèces Gains d espèces Déclin des abeilles et bourdons Déclin parallèle des plantes entomophiles (Biesmeijer et al. 2006)

6 Température (T C) TempMoyennePeriode /51 Changements globaux Augmentation des températures Changements d usages des terres Pente : 0,036 ± 0,012 ; p=0, Année Année

7 2/51 Questions Les plantes issues de banques de graines anciennes seront-elles adaptées aux conditions environnementales futures? «geler» les processus d évolution durant la conservation aura-t-il un impact sur le succès de la réintroduction future? Que nous apprennent les collections anciennes sur l évolution contemporaine des plantes?

8 Ecologie évolutive : théorie du secours évolutif Changement env. Changement env. L évolution : rempart contre l extinction des populations. Gomulkiewicz, 1995

9 Les plantes peuvent-elles s adapter rapidement aux changements globaux? L évolution, un processus lent?

10 Nombre graines en autofécondation Les plantes peuvent-elles s adapter rapidement aux changements globaux? L évolution, un processus lent? Evolution expérimentale : le cas de l adaptation à la raréfaction des pollinisateurs Population source 5 générations d évolution : Sans pollinisateurs Avec pollinisateurs Distance anthère-stigmate (mm) (Bodbyl Roels & Kelly 2011)

11 Les plantes peuvent-elles s adapter rapidement aux changements globaux? Evolution en milieu naturel? Brassica rapa (Franks et al. 2007) Phénologie de floraison 7 générations Crepis sancta (Cheptou et al. 2008) Dispersion des graines 15 générations Podarcis sicula (Herrel et al. 2008) Morphologie 30 générations Un paradigme récent en écologie évolutive: l évolution peut se produire sur des temps court (évolution contemporaine)

12 Utilisation des collections anciennes et actuelles pour étudier l évolution Population ancienne Population actuelle (même localité) Culture en jardin commun La culture en environnement commun de la population ancienne et actuelle va révéler l évolution (génétique) de la population (écologie de la résurrection)

13 Distinction plasticité phénotypique / évolution et changements globaux Evolution de la phénologie de reproduction L utilisation de graines anciennes et actuelles dans un environnement commun permet d attribuer les variations de traits observés à un processus d évolution et non à la plasticité phénotypique. Plasticité ou Evolution?

14 Modèle d étude : le Bleuet (Cyanus segetum) Espèce annuelle Auto-incompatible, entomophile Paris Amiens Plante messicole Centaurea cyanus Une population échantillonnée à deux dates: 1992 et 2010 Régions d échantillonnage

15 Température TempMoyennePeriode (T C) Caractéristiques de la population Environnement de pollinisation 25 % des Apoidés en déclin 40% des Apoidés à long proboscis en déclin (Rasmont, 2005) Paris Amiens Augmentation des températures Pente : 0,036 ± 0,012 ; p=0,006 Régions d échantillonnage Année Année

16 Démarche expérimentale 1- Culture de la F0 et production de nouvelles graines en jardin commun - Réduction des effets maternels - Réduction des effets dus au stockage 2- Culture de la F1, en design en famille, en jardin commun Traits liés à la phénologie de floraison Traits floraux de la plante Mesures phénotypiques sur la F1 Bleuets 1992 Bleuets 2010 N 25 familles x 5 replicats 38 familles x 5 replicats Soit ~ 300 plantes

17 Phénologie En jardin commun à Montpellier Début de floraison *** Avancée du cycle de floraison (3 jours)

18 Traits floraux En jardin commun à Montpellier Taille des capitules (mm) ***

19 Affichage floral En jardin commun à Montpellier Affichage floral (log) 0,85 0,8 0,75 0,7 * Nombre de capitules n.s. 0, , Année d échantillonnage

20 Interprétation adaptative L avancée de la phénologie de floraison est cohérente avec le réchauffement Changements de phénologie de floraison : plasticité ou évolution? Les résultats sur le bleuets montrent que l évolution (pas seulement la plasticité) explique en partie les patrons observés en milieux naturels.

21 Interprétation adaptative Evolution vers plus d attractivité face à la raréfaction des pollinisateurs? (quelques preuves expérimentales)

22 La diversité génétique neutre a-t-elle changée? Population ancienne Population actuelle (même localité) Marqueurs microsatellites : 10 loci Population N He N alleles / locus / / / /- 1.1 Validation de la stratégie d échantillonnage Validation des changements adaptatifs des traits : les variations de traits ne sont pas du au hasard (dérive génétique)

23 Conclusion sur l évolution contemporaine des bleuets Les traits de phénologie ont évolué en 20 ans chez le bleuets : plus grande précocité Les traits floraux ont évolué dans le sens d une plus grande attractivité L espèce reste allogame stricte : il n y a pas eu d évolution de l auto-compatibilité La diversité génétique neutre n a pas été modifiée (microsatellites)

24 Avons-nous répondu à la question? L évolution augmente les performances des individus (evolutionary rescue) Nous avons montré que l évolution avait eu lieu dans la population de bleuets MAIS nous ne connaissons pas l effet de celle-ci sur les performances in natura. - Relation traits ~ fitness Comparaisons de la valeur sélective des individus anciens et actuels in natura (2017)

25 Conclusion Nous avons montré l existence de processus d évolution en 20 ans chez le bleuets : on peut supposer que tous les taxons conservés sont concernés, pas nécessairement sur les mêmes traits. Les collections de graines des conservatoires sont en mesure de fournir un matériel précieux pour l écologie évolutive et le rôle de l évolution in natura dans la survie de populations (evolutionary rescue). Application à la conservation : Hypothèse 1 : Il n est pas sûr que les variations observées engendrent des différences de fitness importante (à tester). Hypothèse 2 : la maladapatation des populations anciennes posent un vrai problème. Un travail préliminaire (2016) chez le bleuet sur un gradient nord sud montre que les populations anciennes du sud ont une phénologie proche des populations actuelles du nord. Réflexion à l échelle du réseau des conservatoires.

26 Remerciements Michel Thomann Eric Imbert Financement «projet innovant» FRB Travail en collaboration avec le conservatoires de Bailleul (Bertille Valentin)

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