Evolution des stratégies de reproduction des plantes à fleurs face aux changements globaux et au déclin des pollinisateurs

Evolution of plant reproductive strategies under global change and pollinator decline

• Auteur / Autrice : Michel Thomann
• Direction : Pierre-Olivier Cheptou, Eric Imbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution, écologie, ressources génétiques, paléontologie
• Date : Soutenance le 28/11/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Olivier Cheptou, Eric Imbert, Hans Jacquemyn, Jacqui Shykoff, Valérie Le Corre, Agnès Mignot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hans Jacquemyn, Jacqui Shykoff
• DOI : 10.70675/0b0a869bzacc0z42f6za0c0z081c2efe38fd

Mots clés

Mots clés contrôlés

Insectes pollinisateurs

Phénologie

Adaptation (biologie)

Mots clés libres

Adaptation

Traits floraux

Phénologie

Autofécondation

Comparaisons Qst - Fst

Écologie de la résurrection

Adaptation

Floral traits

Phenology

Self-Fertilization

Qst - Fst comparisons

Resurrection study

Résumé

De nombreuses populations voient leurs conditions de vie modifiées par les changements globaux. Au-delà de leurs conséquences écologiques, les changements globaux peuvent également modifier les régimes de sélection des populations. Le déclin récent des pollinisateurs pourrait altérer fortement le succès reproducteur de nombreuses populations de plantes à fleurs. Cependant, ses conséquences évolutives n'ont pas été étudiées jusqu'ici. Cette thèse traite de la possibilité d'adaptation des stratégies de reproduction des plantes face aux changements globaux et plus spécifiquement face au déclin des pollinisateurs. Cette question a été abordée en deux temps. Premièrement, l'analyse de l'abondante littérature théorique et empirique sur les systèmes de reproduction des plantes et dans un moindre mesure la construction d'un modèle d'évolution des traits floraux d'attraction ont permis de clarifier des scénarios d'évolution à court terme. Deuxièmement, une approche empirique originale a été menée, consistant à comparer directement les traits de populations ancestrales et descendantes de trois espèces annuelles, à partir de la culture en jardin commun de graines anciennes et récentes en provenance de régions où des indices de déclin des pollinisateurs existent. Cette approche permet de mettre clairement en évidence l'évolution génétique. Les données existantes indiquent que le déclin des pollinisateurs peut accentuer la limitation pollinique et par conséquent augmenter la sélection sur les traits floraux. Par ailleurs, la variation génétique substantielle dans les populations suggère que l'évolution rapide des populations de plantes est possible. L'analyse de la littérature et notre étude théorique suggèrent que l'accroissement de la capacité d'autofécondation autonome ou l'accroissement de l'attraction des pollinisateurs sont deux scénarios d'évolution possibles. Deux types de réponses évolutives ressortent de nos travaux expérimentaux. D'abord, une avancée du calendrier de floraison a été retrouvée chez les trois espèces étudiées. Ce résultat souligne le rôle de l'évolution génétique, et pas seulement de la plasticité phénotypique, dans les avancées de phénologies de printemps que l'on retrouve chez de très nombreux organismes. Ensuite, contrairement aux traits de phénologie, les traits floraux ont évolué dans des directions opposées selon les espèces. Ainsi, des traits floraux a priori plus attractifs ont évolué chez une des espèces tandis que pour une autre, des traits floraux a priori moins attractifs ont évolué, mais s'accompagnent d'une meilleure capacité d'autofécondation autonome. Cette étude confirme que les traits de reproduction des plantes peuvent évoluer en quelques décennies seulement. La possibilité du sauvetage évolutif des populations, par l'évolution rapide des traits et des stratégies de reproduction des plantes, est une perspective de recherche qui découle de ces résultats.

Global change alters life conditions of numerous populations. Beyond ecological consequences, global change can also modify selection regimes in populations. While the recent pollinator decline may specifically affect the reproductive success of flowering plants, its evolutionary consequences have not been studied yet. This thesis deals with the possibility of adaptation of plant reproductive strategies under global change and more specifically under pollinator decline. This question was addressed in two steps. First, the analysis of the extensive literature on plant mating systems, and, to a lesser extent, the construction of a model for the evolution of attractive floral traits, allowed us to clarify evolutionary scenarios at short-time scales. Second, we conducted an original empirical approach, consisting in the direct comparison of ancestral and descendant populations by re-growing old and recent seeds under identical conditions. This approach allowed us to test whether genetic evolution of reproductive traits occurred in the context of pollinator decline for three annual plant species. Data from the literature indicates that pollinator decline likely increases pollen limitation and thus selection on floral traits. Moreover, the substantial genetic variation within populations suggests that rapid evolution is possible. Increased autonomous selfing or increased pollinator attraction are two possible routes of plant adaptation to pollinator decline emerging from the analysis of the literature and from our theoretical study. Our empirical work brings out two types of evolutionary trends. Firstly, earlier flowering phenology was found in all three studied species. This result shows that genetic evolution, not only phenotypic plasticity; certainly contribute to the spring phenological advancements reported for numerous species. Secondly, unlike phenological traits, floral traits evolved in opposite directions depending on the species. Showy floral traits evolved in a species while joint evolution of autonomous selfing with a reduction of floral attractiveness seemed to evolve in another species. This study shows that plant reproductive traits can evolve in a few decades. Whether or not rapid evolution of plant reproductive traits can act as an evolutionary rescue for threatened populations is a research question that arises from these results.