Flux de gnes et dindividus chez les plantes colonisatrices Evolution du rgime de reproduction en env

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Flux de gènes et dindividus chez les plantes
colonisatricesEvolution du régime de
reproduction en environnement hétérogènePierre-O
livier CHEPTOU
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Processus écologiques et démographie en milieu
hétérogène
? héterogénéité spatio-temporelle des systèmes
écologiques
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Reproduction chez les plantes hermaphrodites
? Chez les plantes à fleurs environ 75
despèces hermaphrodites
4
? Chez 80 espèces annuelles
Nombre despèces
5
? Chez deux espèces du genre Cyclamen
Cyclamen repandum
Cyclamen balearicum
Autofécondation
Réduction florale
6
Variation du système de reproduction au sein
dune même espèce
? Deux populations de lespèce Amsinckia sp
Autofécondation 25
Autofécondation 99.9
Réduction florale
7
? Le système de reproduction est le resutat dun
modelage évolutif (adaptatif)
? Le paradoxe de  lautofécondation
intermédiaire  des états transitoires?
(Lande et Schemske, 1985)
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? Constat empirique de Darwin (1876) les
effets délétères de la consanguinité
Graine issue dautofécondation
Graine issue dallofécondation
? Lautofécondation est désanvantageuse car elle
produit des individus de mauvaise
qualité.
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Avantage de lautofécondation pour la
transmission des gènes (Fisher, 1941)
Individu autogame
Individu allogame
Pollen
Ovules
Autofécondation meilleure transmission de ses
propres gènes
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Deux niveaux dapproche pour létude de
lautofécondation
Performances des individus Dynamique de
gènes ? Dépression de consanguinité
? Règle de transmission des gènes
(information génétique)
? Dynamique démographique
? Structure génétique des individus
des Populations et des
populations Désavantage Avantage
Comment lhétérogénéité du milieu module les
coûts et bénéfices de lautofécondation ?
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Questions

• Quel est limpact de lhétérogénéité
• spatio-temporelle sur lexpression de la
  dépression de consanguinité?
• Le maintien de la diversité des systèmes de
  reproduction est-il possible en milieu hétérogène?

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Le système de reproduction à linterface de la
génétique et de l écologie
Système de reproduction en milieu hétérogène
Dynamique écologique des populations
Génétique des populations
Approche expérimentale
Approche théorique
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Des populations hétérogènes dans lespace et dans
le temps les populations colonisatrices
? Hétérogénéité dans le temps exemple des
successions
Invasion par les ligneux
Colonisation Compétition
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De lhétérogénéité temporelle à lhétérogénéité
spatio-temporelle
Temps
? Les populations colonisatrices représentent
- Mosaïque hétérogène de populations
transitoires - Cas exemplaire de fonctionnement
de populations naturelles.
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? Deux espèces à courte durée de vie
(annuelle) -milieux perturbés par lhomme
(terrain nu, bords de route, cultures
abandonnées) -dynamique démographique
rapide -autofécondation partielle
Crepis sancta Amsinckia douglasiana
(friches du bassin méditerranéen) (milieux
perturbés en Californie)
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Amsinckia sp
Crepis sancta
17
Questions

• Quel est limpact de lhétérogénéité
• spatio-temporelle sur lexpression de la
  dépression de consanguinité?
• Le maintien de la diversité des systèmes de
  reproduction est-il possible en milieu hétérogène?

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Démarche expérimentale dépression de
consanguinité à deux stades de lhistoire dune
population
Graines
? Germination des graines, survie et croissance
des plantules
? Tests - Effet de la compétition
interspécifique - Effet de la
compétition intraspecifique (densité).
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Individus issus dautofécondation et
dallofécondation
Survie X croissance
Sans compétition
Survie X croissance
Avec compétition
Cheptou et al. (2000)
20
Individus issus dautofécondation et
dallofécondation
Survie X croissance
Faible densité
Survie X croissance
Forte densité
Cheptou et Schoen, ms
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Leffet de la consanguinité dépend de
lenvironnement
? Résultats en accord avec dautres études
expérimentales (animaux, plantes)
? Lien avec la dynamique des populations
colonisatrices
? lhétérogénéité du milieu détermine lavantage
ou le désavantage du système de reproduction
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Questions

• Quel est limpact de lhétérogénéité
• spatio-temporelle sur lexpression de la
  dépression de consanguinité?
• Le maintien de la diversité des systèmes de
  reproduction est-il possible en milieu hétérogène?

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Approche théorique sélection du système de
reproduction en milieu hétérogène
? Modèles classiques de sélection de
lautofécondation ( Lloyd, 1979) - Une seule
population - Stable dans le temps (pas
valide en milieu hétérogène)
? Extension à lhétérogénéité spatio-temporelle
1- Létat dune population change au cours du
temps 2- Lespèce occupe plusieurs sites
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Un modèle minimal pour lhétérogénéité
spatio-temporelle 2 sites, 2 états
Migration
25
Théorie des jeux et évolution du système de
reproduction
? Modèles de théories des jeux (Maynard-Smith,
1961) - Joueurs gènes (portés par des
individus) - A chaque génération, les individus
transmettent leurs gènes. - Gain nombre
de copie de gènes ? Dans un environnement
donné, le système de reproduction
sélectionné est celui qui maximise les gains
(copies de gènes).
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Succès reproducteur
Pollen
Ovules
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Principe danalyse ? le variant R disparait
(R moins bon que R) ? le variant R remplace
R (R meilleure que R) ? On recherche la
situation R évolutivement stable
(non-envahissable).
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? En milieu homogène (ex compétition)
100
Autofécondation, R
?
Temps
0
Allofécondation stricte pas de diversité
maintenue (on vérifie les prédictions classiques
ex Lloyd, 1979)
(daprès Cheptou et Mathias, 2001)
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? En milieu homogène (ex absence de compétition)
100
Autofécondation, R
?
Temps
0
Autofécondation stricte pas de diversité
maintenue (on vérifie les prédictions classiques
ex Lloyd, 1979)
(daprès Cheptou et Mathias, 2001)
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? En milieu hétérogène
100
Autofécondation, R
?
Temps
0
Evolution et maintien de 2 types dindividus
intermédiaires Maintien de diversité
(daprès Cheptou et Mathias, 2001)
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Hétérogénéité du milieu
Approche empirique
Performance individuelle variable Régime de
sélection variable
Maintien de la diversité génétique du système de
reproduction A léchelle évolutive
Approche théorique
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? Le modèle en environnement hétérogène résoud le
paradoxe de lautofécondation intermédiaire
Nombre despèces
? Tester les prédictions du modèle
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Variations de lautofécondation en milieu naturel
chez Crepis sancta, en région méditerranéenne
? Variation de la dépression de consanguinité et
hétérogénéité
En accord avec lhypothèse de sélection!
Cheptou et al, 2002
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? Le système de reproduction un trait
biologique complexe et intégré
Empirique Théorique
35
Perspectives
? En milieu hétérogène, se reproduire et
disperser
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? Intensification des échanges - Espèce dans
un nouvel environnement - Quelle dynamique de
colonisation?
? Utilisation des travaux développés sur les
plantes colonisatrices
Introduction
Processus écologiques
Nombre dindividus
- Rôle du système de reproduction - Evolution
des populations envahissantes
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Importance dune approche écologique pour la
compréhension des relations génotype-phénotype
Génotype
Phénotype Performance individuelle
? Nécessité détudier le système population
environnement