Une histoire écologique et évolutive du robinier faux-acacia (Robinia pseudoacacia L.) depuis son introduction en Europe

A European ecological and evolutive history of black locust (Robinia pseudoacacia L.)

• Auteur / Autrice : Xavier Bouteiller
• Direction : Annabel Porté, Stéphanie Mariette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie évolutive, fonctionnelle et des communautés
• Date : Soutenance le 28/09/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIOdiversité, GEnes et Communautés (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Leopoldo Sanchez Rodriguez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annabel Porté, Stéphanie Mariette, Leopoldo Sanchez Rodriguez, Thomas Guillemaud, Éric Petit, Gérard Largier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Guillemaud, Éric Petit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique des populations

Invasions biologiques

Robinier

Mots clés libres

Robinia pseudoacacia

Invasion biologique

Génétique des populations

Génétique quantitative

Évolution

Adaptation locale

Robinia pseudoacacia

Biological invasion

Population genetics

Quantitative genetic

Evolution

Local adaptation

Résumé

Robinia pseudoacacia L. est un arbre nordaméricain qui est largement répandu à travers l’Europe. Afin d’évaluer les mécanismes évolutifs pouvant expliquer son potentiel invasif, il est indispensable d’identifier les populations sources de l’introduction et de comprendre quels traits ont contribué à son succès dans l’aire européenne Une étude de génétique des populations a été réalisée, un large échantillonnage a été conduit au sein des deux aires et 818 individus provenant de 63 populations ont été génotypés grâce à 113 marqueurs SNPS. En premier lieu, nous avons démontré que le robinier européen provenait d’un nombre restreint de populations situées au nord du plateau des Appalaches, ce qui est en accord avec les données historiques. Au sein des ÉtatsUnis la structure reflète des processus évolutifs au long cours tandis qu’en Europe, la structure est plus ténue et pourrait être due à l’activité humaine, notamment aux programmes de sélection entrepris en Europe centrale depuis le 18ème siècle. En deuxième lieu, un goulot d’étranglement génétique associé à une perte de diversité a été mis en évidence dans l’aire d’introduction. Enfin un plus fort taux de clonalité a été observé au sein des populations d’Europe Conjointement à cette étude de génétique des populations. Une expérimentation de génétique quantitative a été réalisée afin d’évaluer la différenciation de traits juvéniles entre populations des deux aires (3000 individus de 20 populations) cultivées dans 3 conditions de température différentes (18°C ; 22°C et 31°C). Les résultats ont révélé une augmentation du taux de germination parmi les populations européennes par rapport aux américaines (88% vs 60%) quelles que soient les conditions environnementales. Un scénario possible est que l’Homme aurait sélectionné et propagé les meilleures graines en Europe favorisant alors l’évolution du taux de germination. De plus, les traits phénotypiques juvéniles sont extrêmement plastiques à la température avec une tendance générale à l’augmentation de la valeur du trait avec la température. Cela suggère qu’un réchauffement climatique favoriserait le développement de l’espèce, au moins en conditions d’alimentation en eau non limitante. Cependant, seules les populations américaines montrent un signal une adaptation locale à la température d’origine Dans tous les cas, ils semblent que l’action de l’Homme sur le potentiel reproductif, sexué ou asexué, a probablement influencé le potentiel invasif du robinier en Europe

Robinia pseudoacacia L. is a North American tree which has now broadly spread in Europe. In order to evaluate the evolutionary mechanisms behind its invasiveness, it is crucial to identify the population sources of the introduction and to understand which traits contributed to its success in the European range. To undertake a population genetics study, we performed a large sampling both in the invasive and native ranges; 818 individuals from 63 populations were genotyped using 113 SNPs. First, we demonstrated that European black locust was introduced from only a limited number of populations located in the Northern plateau of the Appalachians Mountains; this is in agreement with historical records. Within America, population structure reflected long time evolutionary processes whereas in Europe, it was largely impacted by human activities. In the European range, the genetic clustering may be a signal of evolution caused by artificial selection due to human oriented mass selection or tree breeding initiated in Central Europe since the 18th century. Second, we evidenced a genetic bottleneck among ranges with a decrease in allelic richness and in the total number of alleles in Europe. Lastly, we found more clonality within the European populations. Conjointly to the population genetic analysis, we conducted a quantitative genetics experiment to evaluate juvenile traits of both native and invasive black locust populations (3000 individuals from 20 populations) grown under 3 different temperature conditions. Results revealed an enhanced germination rate among European populations compared to that of the native American populations whatever the environmental condition (88% vs 60%). Thus a possible scenario may be that Man would have selected and propagated the best seeds in the new range that would have favored an evolution of germination rate through European populations. Phenotypic traits of juvenile development are extremely plastic in response to temperature (18/22/31°C), with a general tendency to increasing trait values with increasing temperature. This suggests that global warming would favor the development of the species, at least under nonlimiting water supply conditions. However, only American populations demonstrated a signal of local adaptation to the temperature at the sampling location. In any case, the human role on the reproductive potential, both sexual and asexual, within the introduced rangewould likely be a key process in the success of black locust dynamics in Europe.