Etude de l’adaptation aux milieux calaminaires chez Arabidopsis halleri : approche écologique, génétique et phénotypique

par Isabelle Decombeix

Thèse de doctorat en Biologie Evolutive et Ecologie

Sous la direction de Pierre Saumitou-Laprade, Hélène Frérot et de Anne Créach.

Soutenue le 05-12-2011

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord) .

mots clés

• Arabidopsis halleri
• Métallophytes
• Arabidopsis -- Effets du zinc
• Adaptation (biologie)
• Habitat (écologie)
• Zinc -- Bioaccumulation
• Phénotype
• Génétique quantitative
• Génétique des populations

Résumé

Comprendre l’évolution des espèces, et notamment l’adaptation locale, est un enjeu majeur dans le contexte des changements globaux actuels. Certaines espèces végétales se développent à la fois dans des environnements présentant de fortes concentrations en zinc, plomb et cadmium (populations métallicoles, M), et sur des sols non pollués (populations non-métallicoles, NM). Ces espèces, appelées pseudo-métallophytes, montrent des caractéristiques adaptives très étudiées depuis quelques années : la tolérance et l’hyperaccumulation de métaux lourds. Afin de mieux comprendre l’adaptation d’Arabidopsis halleri aux milieux métallifères, nous avons conduit une étude sur un ensemble de populations M et NM. Parce que l’adaptation nécessite notamment des variations phénotypiques et qu’elle résulte de l’action de pressions de sélection caractéristiques d’un milieu, nous avons utilisé une approche où écologie, phénotypage et génétique se rejoignent. Nous mettons en évidence que (1) d’autres facteurs environnementaux que les métaux distinguent les populations et pourraient agir comme des pressions de sélection sur l’accumulation et la tolérance au zinc, (2) séparer systématiquement les populations en M/NM ne semble pas judicieux pour étudier l’adaptation locale des populations, (3) les réponses des plantes sont traits et environnement-dépendantes, (4) l’architecture génétique de la tolérance au zinc est un ensemble d’effets additifs et épistatiques et enfin plus globalement (5) nous suggérons que l’adaptation aux milieux métallifères a évolué en réponse à de multiples pressions de sélection qui ont conduit à la mise en en place de tolérance à de multiples facteurs écologiques.

Titre traduit

Adaptation to the calaminarian environments in Arabidopsis halleri : an ecological, genetical and phenotypical approach

Résumé

In the context of global changes, understanding the evolution of species, and especially local adaptation, is a major challenge. Some species are present in polluted areas where zinc, cadmium and leab are present in high and toxic concentrations (metallicolous populations, M) but also in non-polluted areas (non-metallicolous populations, NM). They are called pseudo-metallophytes and are metal tolerant, and sometimes metal hyperaccumulating. In order to understand better the adaptation of Arabidopsis halleri to polluted areas we studied M and NM populations at a local scale. Because the adaptation implies some phenotypic variations and results from the action of selective pressures we used an ecological, phenotypical and genetical approach. We showed that (1) populations differed not only by metal concentrations but also by other environmental parameters which could act as selective pressures on zinc tolerance and accumulation, (2) separating populations in M or NM groups is not adequate to study local adaptation, (3) plant responses are trait and environmental dependant, (4) the genetic architecture of zinc tolerance is a network of epistatic and additive effects and more globally (5) we suggest that the adaptation to metalliferous environments has evolved in response to a lot of selective pressures which have led to multi-tolerance to numerous ecological factors.