Ressources génétiques du pin maritime : variabilité géographique, pressions de sélection et adaptation future

Maritime pine genetic resources : geographical variability, selection pressures and future adaptation

• Auteur / Autrice : Adélaïde Theraroz
• Direction : Santiago Gonzalez-Martinez, Marjana Westergren
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie évolutive, fonctionnelle et des communautés
• Date : Soutenance le 05/11/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIOdiversité, GEnes et Communautés (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Marta Benito-Garzon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stephen Cavers, Julie Gaüzère
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juan-Pablo Jaramillo-Correa, Katrin Heer
• DOI : 10.70675/9c66872czbdcez46cdz8128z12f6bd22e913

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique des populations

Plantes -- Adaptation

Modèles écologiques

Changements climatiques -- Adaptation

Forêts -- Ressources génétiques

Mots clés libres

Génétique des populations

Ressources génétiques forestières

Populations marginales

Régions Méditerranéenne et Atlantique

Sélection naturelle

Modélisation écologique

Génomique du paysage

Variation génétique adaptative

Potentiel adaptatif

Maladaptation

Arbres forestiers

Changement climatique

Population genetics

Forest genetic resources

Marginal populations

Mediterranean and Atlantic regions

Natural selection

Ecological modeling

Landscape genomics

Adaptive genetic variation

Adaptive potential

Maladaptation

Forest trees

Climate change

Résumé

Le changement climatique affecte déjà les écosystèmes forestiers sur tous les continents, comme en témoignent la migration des espèces vers le nord et vers les plus hautes altitudes et l'augmentation du dépérissement des forêts en réponse, non seulement à des conditions climatiques plus rigoureuses, mais aussi à des épidémies de ravageurs et de maladies résultant d'événements climatiques sans précédent ainsi que de l'intensification des activités humaines. Ces phénomènes ont des conséquences négatives sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers et la persistance des espèces et des populations, car ils menacent la disponibilité des ressources, perturbent la dynamique des populations et remettent en question les limites physiologiques et la résistance aux agents pathogènes. L'avenir des populations d'arbres de forêts naturelles face au changement climatique, compte tenu de leur nature sessile et de leur long temps de génération, est donc préoccupant, que ce soit en termes d'extinction, de capacité à migrer ou à s'adapter par le biais de changements génétiques. Du point de vue de la conservation, nous devons comprendre dans quelle mesure les arbres forestiers seront capables de survivre face au changement climatique actuel et futur. L'énorme quantité de données génomiques disponibles grâce aux outils de séquençage de nouvelle génération révolutionne notre compréhension de la base génétique de l'adaptation. À son tour, elle accélère le développement de nouvelles méthodes statistiques qui peuvent prédire la vulnérabilité génomique des arbres forestiers au changement climatique dans l'espace et dans le temps, et déterminer le potentiel de maladaptation génétique dans des conditions climatiques changeantes. Dans cette thèse de doctorat, j'ai utilisé le pin maritime (Pinus pinaster Ait.), un conifère à longue durée de vie originaire de la partie occidentale du bassin méditerranéen, comme étude de cas pour démêler les schémas spatiaux de la variation génétique à l'échelle de l'aire de répartition et à l'échelle régionale en fonction de différents gradients, anticiper les réponses des populations au changement climatique et donner un aperçu des tendances actuelles en matière de sélection naturelle. Le premier chapitre vise à comprendre comment, à l'échelle de l'aire de répartition de l'espèce, la variation génétique, l'adaptabilité et le potentiel d'inadaptation à court terme aux conditions climatiques futures sont distribués du coeur de l'aire de répartition vers les marges géographiques et climatiques. Le deuxième chapitre examine les 2 schémas spatiaux de la sélection naturelle contemporaine en analysant les changements phénotypiques en réponse aux pressions sélectives actuelles, et donne un aperçu des tendances actuelles de l'adaptation locale au changement climatique pour le pin maritime à l'état sauvage. Le troisième chapitre vise à identifier les schémas spatiaux de variation génétique du pin maritime dans l'île de Corse, caractérisée par des particularités spécifiques et constituant des ressources génétiques précieuses pour l'espèce, et à analyser leurs capacités d'adaptation actuelles et futures au changement climatique. Dans l'ensemble, cette thèse de doctorat étudie les facteurs sous-jacents et le potentiel des réponses adaptatives du pin maritime aux conditions environnementales changeantes à différentes échelles spatiales et temporelles, contribuant ainsi au développement d'un cadre intégratif essentiel pour anticiper les réponses des populations au changement climatique, sur la base duquel des prédictions solides pour les stratégies de conservation et de gestion peuvent être développées.

Climate change is already affecting forest ecosystems on all continents, as evidenced by the northward and upward migration of species and the increase of forest dieback in response to not only harsher climate conditions but also to pest and disease epidemics resulting from unprecedented climatic events as well as the intensification of human activities. These phenomena have negative consequences for the functioning of forest ecosystems and the persistence of species and populations, as they threaten the availability of resources, disrupt population dynamics and call into question physiological limits and resistance to pathogens. The future of natural forest tree populations in the face of climate change, given their sessile nature and long generation times, is therefore worrying, whether in terms of extinction, ability to migrate or adapt through genetic change. From a conservation point of view, we need to understand the extent to which forest trees will be able to survive in the face of current and future climate change. The huge amount of genomic data available from next-generation sequencing tools is revolutionising our understanding of the genetic basis of adaptation. In turn, it is accelerating the development of new statistical methods that can predict the genomic vulnerability of forest trees to climate change in space and time, and determine the potential for genetic maladaptation under changing climatic conditions. In this PhD thesis, I used maritime pine (Pinus pinaster Ait.), a long-lived conifer native to the western part of the Mediterranean basin, as a case study to unravel the spatial patterns of genetic variation at the range-wide and regional scales function of different gradients, anticipate population responses to climate change and provide insight into current trends in natural selection. The first chapter aims to understand how, at the scale of the species range, genetic variation, adaptability and the potential for short-term maladaptation to future climatic conditions are distributed from the range core towards the geographical and climatic margins. The second chapter examines the spatial patterns of contemporary natural selection by analysing phenotypic changes in response to current selective pressures, and provides an overview of current trends in local adaptation to climate change for maritime pine in the wild. The third chapter aims to identify the spatial patterns of genetic variation of maritime pine in the Corsica Island, characterized by specific features and constituting valuable genetic resources for the species, and to analyse their current 4 and future adaptive capacities to climate change. Overall, this PhD thesis studies the underlying drivers and potential of maritime pine adaptive responses to changing environmental conditions at different spatial and temporal scales, thus contributing to the development of an integrative framework essential for anticipating population responses to climate change, on the basis of which robust predictions for conservation and management strategies can be developed.