Laboratoire de Génétique et Evolution des Populations Végétales

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Contractualisation vague D 2010-2013
Unité de recherche : dossier unique
Bilan et Projet
de l’unité
Laboratoire de Génétique et Evolution des
Populations Végétales
UMR 8016
Directeur Joël Cuguen
Octobre 2008
BILAN
de l’activité de recherche et des résultats obtenus par l’unité
(Partie 1 : Bilan scientifique)
Laboratoire de Génétique et Evolution des Populations
Végétales
UMR 8016
Octobre 2008
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Sommaire
1 – Rapport scientifique depuis le 1er janvier 2006 ..................................................................................................5
Identification du laboratoire ................................................................................................................................5
Thématique générale et organisation scientifique de l'unité ..............................................................................7
Thème 1: Dynamique évolutive de la gynodioecie, Equipe ANR jeunes chercheur 2006-2008 ..........................9
Thème 2: Evolution de l'auto-incompatibilité (ATIP CNRS ) ...............................................................................15
Thème 3: Génétique et évolution de l'adaptation aux environnements pollués par les métaux lourds ...........21
Thème 4: Evolution des cycles de développement et génomique évolutive de traits phénologiques ..............27
Thème 5: Biologie de la conservation, changement global et dynamique des invasions ..................................33
Bilan des mouvements de personnels chercheurs, enseignants-chercheurs et ITA/BIATOS.............................39
Expertise scientifique et insertion du laboratoire dans des réseaux et groupements de recherche ................39
Moyens techniques de l'unité ............................................................................................................................40
Utilisation des crédits au cours des 4 années précédentes ...............................................................................41
Contrats et capacité de l'unité à mobiliser des moyens.....................................................................................41
Vie collective et gouvernance de l'unité.............................................................................................................43
Séminaires et animation scientifique du laboratoire .........................................................................................43
Elements d'autoévaluation .................................................................................................................................45
2 – Production scientifique des quatre dernières années ......................................................................................47
3 – Enseignement et formation par la recherche, information et culture scientifique et technique ....................59
4 – Action de formation permanente des personnels de l’unité ...........................................................................61
5 – Hygiène et sécurité ...........................................................................................................................................63
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1 – Rapport scientifique depuis le 1er janvier 2006
Identification du laboratoire
Intitulé: Génétique et Evolution des Populations Végétales, UMR 8016
Directeur: Joël Cuguen (PR1)
Bâtiment SN2, UFR de Biologie
Université des Sciences et Technologies de Lille - Lille 1
59655 Villeneuve d'Ascq Cedex
Tél: 03 20 43 40 24, fax: 03 20 43 69 79
Email: [email protected]
Domaine scientifique:
Génétique, populations, écologie, évolution
Thématiques:
Adaptation, reproduction, conservation
Mots clés:
Environnement, biodiversité, écologie, évolution, populations, génome, génétique, plantes
Diversité génétique, structure spatiale, relation génotype - phénotype, sélection, écotoxicologie
Rattachements disciplinaires:
Panel ERC principal LS8: Evolutionary, population and environmental biology,
Panel ERC secondaire: LS2 Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Panel ERC secondaire: LS9 Applied life sciences and biotechnology
DSPT 10: sciences agronomiques et écologiques, RSC 1010: Biologie de l'environnement, des populations,
écologie
CNRS EDD (SDV), section 29 Biodiversité, évolution et adaptions biologiques : des macromolécules aux
communautés
CNU section 67: biologie des populations et écologie
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Personnels de l’UMR 8016 - GEPV
Le laboratoire regroupe à ce jour 30 personnes statutaires dont 4 CNRS (chercheurs, enseignants-chercheurs et
personnel ingénieur techniciens et administratifs) et 17 personnes non statutaires (thésards et CDD).
Enseignants chercheurs et
chercheurs
Laurent AMSELLEM (MCF)
Jean-François ARNAUD (MCF)
Sylvain BILLIARD (MCF)
Vincent CASTRIC (MCF)
Anne CREACH (MCF)
Joël CUGUEN (PR - directeur)
Mathilde DUFAY (MCF)
Hélène FREROT (MCF)
Nina HAUTEKEETE (MCF)
Patrick de LAGUERIE (MCF)
Yves PIQUOT (MCF)
Fabrice ROUX (CR CNRS)
Pierre SAUMITOU-LAPRADE (DR CNRS)
Pascal TOUZET (MCF)
Henk VAN DIJK (PR)
Xavier VEKEMANS (PR)
Marie-Hélène BOUCHET (PRAG)
Frédéric HENDOUX (PAST)
Philippe VERNET (PREM)
ITA / BIATOS
Secrétariat / gestion
Sandrine BELINGHERI (T USTL)
Michèle DELECOURT (ADT USTL)
Muriel FIKRY-VENNIN (IE CNRS)
Maintenance
Laurence DEBACKER (AGT USTL 50%)
Jacky GRIMONPREZ (AGT USTL)
Laboratoire écologie moléculaire
Sylvie FLOUREZ (AGT USTL)
Cécile GODE (T CNRS)
Anne-Catherine HOLL (T USTL)
Adeline COURSEAUX (CDD)
Matthieu POIRET (CDD)
Serres
Angélique BOURCEAUX (T USTL)
Nathalie FAURE(IE USTL)
Eric SCHMITT (T USTL)
Cédric GLORIEUX (CDD)
Doctorants
Post-docs
Solenn LE CADRE (Post-doc)
Maxime PAUWELS (Post-doc)
Emmanuelle BILLARD (ATER)
Carine COLLIN (ATER)
Benjamin BRACHI
Aude DARRACQ
Isabelle DECOMBEIX
Isabelle DE CAUWER
Camille GERVAIS
Pauline GOUBET
Alicja KOSTECKA
Jean-Baptiste LEDUCQ
Claire-Lise MEYER
Camille ROUX
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Thématique générale et organisation scientifique de l'unité
Depuis sa création, la problématique scientifique du laboratoire est centrée sur l'étude de la dynamique de la
biodiversité, en particulier concernant les polymorphismes des systèmes de reproduction, des traits d'histoire de
vie et d'autres traits adaptatifs chez les végétaux, par une approche de génétique et génomique des populations.
Notre objectif scientifique principal est d'analyser et de comprendre les mécanismes qui interviennent dans la
dynamique d'évolution de ces caractères, tant du point de vue de la diversité génétique et moléculaire de leurs
déterminants, que des conséquences évolutives de leurs polymorphismes.
Les polymorphismes des systèmes de reproduction et des cycles de vie ont des conséquences majeures à
différents niveaux d'intégration (populations, individus, gènes, génomes) car ils régissent la manière dont
va se transmettre et se répartir la diversité génétique d'une génération à la suivante au sein des
populations d'une espèce, et par suite ils déterminent pour une large part le potentiel de réponse à la
sélection naturelle et aux changements de l'environnement.
L'hétérogénéité naturelle du milieu, renforcée par l'impact des activités humaines et des changements
globaux, impose des pressions de sélections intenses sur la répartition et la dynamique des espèces et
celle de leur diversité génétique et par conséquent influe fortement sur leur potentiel évolutif et leur
devenir.
L'originalité des recherches menées au sein de l'unité réside dans une approche qui se positionne à l'interface
entre la biologie évolutive et la biologie intégrative. De nombreuses fonctions physiologiques impliquées dans les
processus d'adaptation sont progressivement décryptées et les développements de la génomique ouvrent de
nouvelles perspectives vers la possibilité d'identifier explicitement l'impact des forces évolutives sur les gènes
impliqués dans les processus adaptatifs (ex: tolérance aux métaux lourds, résistances aux parasites,
polymorphismes reproducteurs tels que la stérilité mâle, l'auto-incompatibilité, ou bien encore les cycles de vie et le
calendrier de la floraison).
Au cours du présent contrat quadriennal, et suite aux orientations proposées par le comité d'évaluation, le
laboratoire a été organisé en 5 groupes thématiques:
Thème 1 Dynamique évolutive de la gynodioecie, Equipe ANR jeunes chercheur 2006-2008
(Resp. Pascal Touzet)
Participants: Jean-François Arnaud, Joël Cuguen, Mathilde Dufaÿ
Thème 2: Evolution de l'auto-incompatibilité (ATIP CNRS )
(Resp. Xavier Vekemans)
Participants: Sylvain Billiard , Vincent Castric
Thème 3: Génétique et évolution de l'adaptation aux environnements pollués par les métaux lourds
(Resp. Pierre Saumitou-Laprade)
Participants: Anne Creach, Hélène Frérot , Patrick de Laguérie
Thème 4: Evolution des traits d'histoire de vie et génomique évolutive de la floraison
(Resp. Henk Van Dijk)
Participants: Henk Van Dijk, Fabrice Roux, Joël Cuguen
Thème 5: Biologie de la conservation et dynamique des invasions
(Resp. Yves Piquot et Laurent Amsellem)
Participants: Laurent Amsellem, Frédéric Hendoux, Nina Hautekèete, Yves Piquot, Xavier Vekemans
Le bilan des activités scientifiques, les principaux résultats marquants des quatre dernières années et la réalisation
des objectifs du projet scientifique précédent sont présentés par thèmes selon cet organigramme.
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Thème 1: Dynamique évolutive de la gynodioecie, Equipe ANR jeunes chercheur
2006-2008
Participants au Programme:
Permanents
Responsable du thème: Pascal TOUZET, MCF HDR (100 %) (délégation CNRS de sept. 2003 à août
2005)
Jean-François ARNAUD, MCF (100 %) (en délégation CNRS de sept. 2008 à août 2009; HDR prévue pour
décembre 2008)
Joël CUGUEN, PR (50%)
Mathilde DUFAŸ, MCF (100 %) (délégation CNRS de sept. 2006 à août 2007)
Doctorants
Aude DARRACQ (2006-2009) Evolution du génome mitochondrial de la betterave. Approche de
génomique comparative. Bourse MESR.
Isabelle DE CAUWER (2006-2009) Diversité moléculaire et gynodiœcie chez les betteraves: implications
en terme de succès reproducteur, de flux géniques et de ressources génétiques. Bourse BDI CNRS/
Région Nord Pas de Calais.
Sarah VILLAIN (2004-2007) Histoire évolutive de la section Beta: approche phylogéographique de l'origine
et du maintien des différentes espèces de la section. Thèse soutenue le 13 décembre 2007.
Stéphane FENART (2002-2006) Dynamique spatiale et temporelle des populations de betteraves
mauvaises herbes (Beta vulgaris ssp.). Implications possibles dans la dissémination de transgènes.
Bourse cofinancée INRA/Région Nord Pas de Calais. Thèse soutenue le 16 juin 2006.
Chercheurs post-doctorants
Solenn LE CADRE (04/2007-12/2008) Phylogeography and postglacial recolonisation of Silene nutans
(Caryophyllaceae) in Europe. Post-doctorat, Ministère de la culture, de l’enseignement supérieur et de la
recherche du Luxembourg.
Fabrice ROUX (09/2004-08/2005) Analyse bibliographique et expérimentale sur la précocité de floraison.
Demi-ATER.
CDD
Adeline COURSEAUX, CDD-ANR, Assistante ingénieur 6 mois par an (2006-2009).
Stéphane FENART, CDD-ANR Ingénieur d’études (11/07-03/08).
Étudiants en M2R ou équivalent : 11
Stagiaires temporaires : 13
Problématique générale et principaux résultats
Les programmes de recherches se sont organisés en trois volets:
Dynamique évolutive de la gynodiœcie chez Beta vulgaris ssp maritima et le genre Silene
Structure génétique des populations, interactions entres formes cultivées et sauvages et flux géniques au
sein du complexe Beta
Histoire évolutive de la section Beta: origine et maintien des différentes espèces de la section
I. Dynamique évolutive de la GYNODIOECIE
La gynodiœcie (coexistence d'individus femelles et hermaphrodites) est le système de reproduction le plus
fréquent après l'hermaphrodisme chez les angiospermes puisqu'il concerne 7% des espèces de la flore
européenne. Parfois considérée comme un système intermédiaire entre l'hermaphrodisme et la diœcie, elle
possède la particularité d'être le résultat d'interactions entre le génome mitochondrial, codant pour des facteurs qui
bloquent la production de pollen viable (CMS, Cytoplasmic Male Sterility) et le génome nucléaire qui restaure
spécifiquement la fonction mâle, en réprimant l'action de ces facteurs stérilisants par le biais d'allèles dits de
restauration. Ce système illustre ainsi les conflits d'intérêts qui existent entre deux compartiments d'information
génétique ne partageant pas la même hérédité.
Deux familles de modèles théoriques ont proposé des explications au maintien de la gynodiœcie dans les
populations de plantes : (i) l'association entre un avantage sélectif des facteurs stérilisants (via un meilleur succès
reproducteur femelle des individus mâles stériles) et un coût des facteurs de restauration permet un régime de
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sélection négative fréquence-dépendante maintenant un polymorphisme dynamique nucléo-cytoplasmique, (ii) la
structuration en populations et les flux de gènes entre ces populations génèrent des apports réguliers de facteurs
stérilisants, qui entraînent la mise en place transitoire d'individus mâles-stériles dans les populations, avant la
sélection des facteurs de restauration, ce qui s’apparente à une dynamique de type épidémique.
D’après ces modèles théoriques, l’évolution et le maintien de la gynodiœcie sont fortement influencés par (i) le
déterminisme de la stérilité mâle, la diversité des sources de stérilité et le mécanisme de leur restauration (ii) les
liens évolutifs qui existent entre les différentes sources de stérilité mâle et (iii) la répartition et la variation des
facteurs génétiques de la gynodiœcie à l'intérieur et entre les populations naturelles.
D’autre part ces deux types de dynamiques sont prédits comme générant un patron de diversité
cytoplasmique différent au sein des espèces gynodioïques.
Nous avons abordé l’étude de ce système complexe par des approches complémentaires sur Beta vulgaris
ssp maritima, espèce « historique » du laboratoire, mais aussi plus récemment sur le genre Silene, genre modèle
en biologie évolutive caractérisé par une forte diversité de systèmes de reproduction.
A. Histoire évolutive de la stérilité mâle chez Beta vulgaris : Généalogie des CMS
Fénart et al. Proc Roy B. Lond. 2006
La méthode RFLP utilisée jusqu’à présent avait révélé une vingtaine de d'haplotypes mitochondriaux. L’étude
conjointe de la diversité mitochondriale et chloroplastique avait mis en évidence un fort déséquilibre de liaison
entre ces deux génomes, suggérant le rôle prédominant de la migration dans la diversité des types mitochondriaux
(mitotypes) rencontrés dans les populations, en opposition à un phénomène de mutation récurrente suspectée du
fait de la plasticité du génome mitochondrial. Une généalogie des mitotypes connus a donc été reconstituée par
séquencage de plusieurs régions chloroplastiques: intron de trnK (2500 bp), région intergénique trnD-trnT (1000
bp), et de trnL-trnF (400 bp)). Le réseau d’haplotypes obtenu par parcimonie statistique montre que les différentes
stérilités mâles identifiées chez Beta vulgaris ssp maritima sont apparues indépendamment à partir de
cytoplasmes n’exprimant pas la stérilité et ne correspondent donc pas à une seule lignée accumulant au cours du
temps de nouvelles mutations stérilisantes. La faible résolution du réseau (nombre limité de pas de mutations) ne
nous a pas permis d’estimer un âge relatif des différents cytoplasmes, ni de distinguer entre un processus de
fréquence-dépendance ou épidémique (Fénart et al., Proc Roy B. Lond. 2006).
Nous avons lancé un programme de séquençage de cinq génomes mitochondriaux de betterave (projet
Génoscope, Evry) qui s’ajoutant aux deux génomes déjà disponibles permettront de reconstruire l’histoire évolutive
de ce génome au sein de cette espèce (thèse d’Aude Darracq ; Collaboration avec L. Maréchal-Drouard IBMP
Strasbourg et J.-S. Varré, LIFL Lille). Des outils bioinformatiques sont en cours de développement afin de proposer
des scénarios de réarrangements, principales sources de variation du génome mitochondrial des plantes. En
attendant les séquences des génomes mitochondriaux de betterave (finalisation en cours) de premières analyses
sur les six séquences entières mitochondriales disponibles chez le maïs permettent de proposer un scénario de
réarrangement du génome mitochondrial chez cette espèce (Darracq et al. en préparation pour MBE).
B. Effets de la sélection fréquence-dépendance sur la dynamique et le maintien de la gynodiœcie
chez Beta vulgaris ssp. maritima
Approche théorique (collaboration avec S. Maurice, Univ. Montpellier 2)
Dufaÿ et al. Heredity 2007
Comme énoncé précédemment, il existe une famille de modèles théoriques expliquant le maintien de la
gynodioecie en population par l’action de la sélection fréquence-dépendance. Néanmoins, ces modèles ne
s’appliquent pas directement à la situation de certaines espèces comme la betterave maritime, car ils ne
permettent pas d’expliquer le maintien dans une même population de cytoplasmes stériles (CMS) et de
cytoplasmes fertiles. Nous avons donc dans un premier temps construit un modèle adapté à notre modèle
biologique, simulant une population infinie où seule la sélection détermine la fréquence des différents génotypes.
D’après ce travail, les deux cytoplasmes (stérile et fertile) peuvent être maintenus de façon durable pour une large
gamme de valeurs de paramètres. Notamment, nous avons montré que diverses expressions de coûts des allèles
de restauration permettaient le maintien stable de ce système de reproduction. Enfin, notre étude a montré que la
gynodiœcie se maintenait dans la majorité des cas via d’importances oscillations de sexe ratio, dues à l’action de
la sélection fréquence-dépendante.
Approche expérimentale à l’échelle populationnelle (M2R de V. Vaudey)
Dufaÿ, Vaudey et al. JEB 2008
Une première étude a été réalisée dans deux populations gynodioïques de Beta vulgaris ssp maritima, situées sur
le littoral du Nord-Pas de Calais. Bien que présentant un sexe ratio similaire (environ 30% de femelles), ces deux
populations correspondaient à deux situations très contrastées en terme dynamique de la gynodiœcie. Tandis que
les hermaphrodites de la première population étaient presque tous porteurs d’un cytoplasme fertile, ceux de la
seconde population étaient majoritairement des hermaphrodites restaurés (i.e. porteurs d’une CMS et d’un ou
plusieurs allèles de restauration). Une analyse de la production et la viabilité du pollen de ces différentes
catégories d’hermaphrodites a permis de montrer : (i) une moindre qualité du pollen des hermaphrodites restaurés,
probablement due à une restauration parfois incomplète de la fertilité mâle et (ii) une moindre qualité du pollen des
hermaphrodites non porteurs d’une CMS mais toutefois susceptibles de porter un allèle (silencieux) des
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restauration. Cette étude constitue donc l’une des rares mise en évidence d’un coût silencieux de la restauration,
condition nécessaire au maintien de la gynodiœcie en population par la sélection fréquence-dépendance.
Approche expérimentale à l’échelle régionale
Dufaÿ et al. Evolution en révision
Une étude a été réalisée à l’échelle de la Baie du Mont Saint-Michel, au cours de laquelle 33 trois populations
ont fait l'objet d'une analyse détaillée de leur polymorphisme sexuel. Ce travail a mis en évidence que trois CMS
distinctes coexistent dans les populations naturelles de cette région, constituant ainsi trois sources indépendantes
de stérilité mâle. Ces trois CMS se retrouvent à des fréquences très différentes les unes des autres, et diffèrent
également largement pour leur niveau de restauration. De plus, cette étude a mis en évidence une importante
variation du sexe ratio, du taux de CMS et du taux de restauration entre populations. De telles variations,
relativement classiques chez les espèces gynodioïques, peuvent théoriquement être expliquées par des processus
stochastiques et/ou par l’effet de la sélection fréquence-dépendance qui génèrent de fortes oscillations de
fréquences de femelles, CMS et restaurateurs. L’analyse de données génétiques fondées sur des marqueurs
neutres, ainsi que l’analyse de l’effet de la taille des populations sur le sexe ratio suggèrent que les processus
stochastiques ne seraient pas la cause majeure de la variation observée. En revanche, une confrontation entre nos
observations et nos prédictions théoriques suggèrent que les variations de sexe ratio entre populations pourraient
être dues à l’action de la sélection fréquence dépendante.
C. Effets des flux de gènes et de la dynamique en métapopulation sur le maintien de la gynodiœcie
chez Beta vulgaris ssp. maritima
Approche théorique (collaboration avec John Pannell, Oxford University; Délégation CNRS M. Dufaÿ)
Dufaÿ & Pannell, en préparation
Afin de bénéficier d’un cadre théorique plus complet et plus réaliste, nous avons construit un second modèle,
reposant sur les mêmes hypothèses génétiques que le modèle précédent, mais prenant en compte non seulement
la sélection fréquence-dépendance, mais également les effets de dérive, de structuration et de flux de gènes entre
populations. D’après ce travail, tandis que la dérive implique la perte, généralement très rapide, du polymorphisme
sexuel, cet effet peut être facilement contré par des flux de graines entre les populations. Chose plus surprenante,
la perte du polymorphisme cytoplasmique peut également être contrée par les seuls flux de pollen. Ceci constitue
un résultat particulièrement intéressant, dans la mesure où les flux de gènes entre populations se font
vraisemblablement plus souvent via le pollen, et permet d’expliquer de façon plus réaliste le maintien de la
gynodiœcie en populations structurées.
Approche expérimentale à l’échelle populationnelle (M2R et thèse d’I. De Cauwer)
De Cauwer et al. soumis à Evolution
Une étude réalisée dans une population naturelle de Beta vulgaris a pu mettre en évidence qu’il existait
effectivement une forte structuration de la diversité nucléo-cytoplasmique, générant par la même occasion une
forte structuration des phénotypes sexuels, et ce, sur une échelle géographique très restreinte. Ceci justifie ainsi la
prise en compte de la structuration et des flux de gènes sur la dynamique de la gynodiœcie. Par ailleurs, une
analyse de paternité réalisée dans cette population a montré que les flux de pollen s’effectuaient majoritairement
sur de courtes distances, impliquant un flux génique relativement limité entre les différents dèmes de la population.
Une conséquence marquante de ce résultat est que les hermaphrodites restaurés (CMS), pourtant dotés d’une
faible viabilité de pollen, ont dans cette population un meilleur succès reproducteur mâle que les hermaphrodites
non-CMS. En effet, du fait de la forte structuration spatiale des phénotypes sexuels, les plantes porteuses de CMS
sont regroupées dans les mêmes dèmes ; en conséquence, les hermaphrodites restaurés (CMS) bénéficient d’un
voisinage essentiellement constitué de femelles, et pollinisent ainsi un grand nombre de partenaires. Ce travail
démontre que la structuration génétique et sexuelle, même au niveau intra-population, peut avoir des
conséquences très importantes sur le succès reproducteur des individus et sur la dynamique du système de
reproduction.
Approche expérimentale à l’échelle régionale (M2R V. Fievet)
Fievet et al. Mol. Ecol. 2007
L’approche théorique évoquée précédemment met l’accent sur l’importance des flux de graines dans le
maintien d’un polymorphisme sexuel en métapopulation. Chez la betterave maritime, ces flux de graines sont
potentiellement affectés par les courants marins lors des grandes marées. Il nous est donc apparu que le golfe
Anglo-Normand constitue un site d’étude particulièrement intéressant pour retracer de manière indirecte l’influence
potentielle des courants marins via l’utilisation de marqueurs génétiques. En effet, les modèles d’hydrodynamisme
prédisent (i) un isolement important de ce golfe par rapport à la dynamique générale du système Manche et (ii) des
courants tourbillonnants sur les îles de Jersey, Guernesey et Chausey isolant apparemment chaque île de ce
golfe. Les résultats montrent une différenciation très marquée entre compartiment cytoplasmique et nucléaire,
impliquant des flux de pollen deux à trois fois plus élevés que les flux de graines. Une structure classique en
voisinage, reflétée par un isolement par la distance, est décelée au niveau des populations continentales.
Toutefois, cette relation entre affinité génétique et éloignement géographique des populations disparaît lorsque les
populations insulaires sont incluses dans l’analyse. Ainsi, la position originale des populations collectées sur les
îles de Jersey, Guernesey et Chausey semble être confirmée car l’assignation des individus à partir de leur
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génotype multilocus suggère un comportement très différent de ces populations, certaines semblant fortement
isolées génétiquement, d’autres au contraire reliées avec des populations continentales relativement éloignées. De
manière générale, les grandes tendances courantologiques se reflètent dans l’identité génétique des populations,
mais suggèrent aussi (i) des événements épisodiques de dispersion à très longue distance des graines, (ii) la
nécessité d’une approche à une échelle plus locale pour certaines populations soumises à des régimes
tourbillonnants.
D. Système de reproduction et diversité mitochondriale chez les silènes
(Collaboration avec Lynda Delph et Jeffrey Palmer, Indiana University, Bloomington, Etats-Unis; Délégation CNRS
de Pascal Touzet/Bourse Fulbright-Région Nord-Pas de Calais)
Mower, Touzet et al. BMC Evol Biol 2007, Touzet & Delph, Genetics en révision
L’objectif général de ce projet reposait sur l’hypothèse suivante : si le maintien d’un polymorphisme nucléocytoplasmique est dû à une sélection fréquence-dépendante, alors on s’attend à trouver une diversité nucléotidique
cytoplasmique plus élevée chez les espèces gynodioïques que chez les espèces non gynodioïques. Nous avons
étudié la diversité de deux gènes mitochondriaux, cob et cox1 sur un échantillon de dix espèces de silènes
différant pour leur système de reproduction, et en particulier étant caractérisées comme gynodioïques versus non
gynodioïques. Les résultats obtenus peuvent être résumés de la manière suivante :
- on observe une plus forte diversité nucléotidique des gènes cob et cox1 chez les espèces gynodioïques
que chez les espèces non gynodioïques, avec un résultat moins marqué chez Silene vulgaris ;
- des signatures de recombinaison pour les deux gènes étudiés, vraisemblablement du fait d’épisode
d’hétéroplasmie suite à des « fuites » paternelles (déjà décrite chez Silene vulgaris).
Ces travaux suggèrent la généralité d’une dynamique reposant sur une sélection balancée pour le maintien de
la gynodiœcie chez les silènes. S’il apparaît clairement que ce système de reproduction permet de maintenir de la
diversité cytoplasmique, demeure la question de l’origine de cette diversité. En d’autres termes, la diversité
observée est-elle le résultat de l’accumulation de mutations sur une longue période de temps ou un taux de
mutation mitochondrial exceptionnellement élevé ? L’étude conjointe de la diversité chloroplastique chez ces
différentes espèces et d’autres gènes mitochondriaux a révélé que si le taux de mutation synonyme mitochondrial
a explosé récemment chez les silènes il n’a concerné qu’une seule espèce/lignée, Silene noctiflora (Mower, Touzet
et al. BMC Evol Biol 2007). Par conséquent, les haplotypes mitochondriaux observés chez les deux espèces
gynodioïques sont vraisemblablement anciens, maintenus par une sélection fréquence-dépendance négative
(Touzet & Delph, Genetics in review).
II. Structure génétique des populations, interactions entre formes cultivées et sauvages et flux géniques au
sein du complexe Beta
Le complexe d’espèce Beta constitue un modèle d’étude particulièrement pertinent pour cette problématique
puisque coexistent, au sein de la même espèce, différentes formes sauvages et cultivées toute inter-fertiles. La
diffusion de gènes en provenance du compartiment cultivé vers les populations sauvages peut alors entraîner toute
une gamme de conséquences parfois contradictoires, allant de l’érosion de la diversité génétique et l’extinction des
populations sauvages par assimilation, jusqu’à l’évolution de formes envahissantes pouvant devenir des mauvaise
herbes agressives.
A. Mise en évidence de flux géniques entre compartiments sauvages et cultivés
Arnaud et al. Mol. Ecol. soumis
Le rôle pivot des betteraves mauvaises herbes (formes hybrides cultivées/sauvages) en tant que relais
potentiel pour la diffusion de flux de gènes entre compartiments sauvages et cultivés a ainsi été clairement
démontré par le laboratoire, tant à une échelle régionale que sur une échelle locale. Le principal vecteur de ces
transferts de gènes impliquerait essentiellement des flux de graines, et de manière plus anecdotique des flux de
pollen, des formes mauvaises-herbes vers les populations sauvages littorales (Cuguen et al., Chap. d’ouvrages
2004, 2005 ; Viard et al. 2004, Mol. Ecol.). Par ailleurs, nous avons pu montrer au sein de la zone de production de
semences du sud-ouest de la France l’apparition de populations spontanées issues de banques de graines
vraisemblablement échappées d’anciens champs de multiplication de semences. Paradoxalement, ces traces
d’introgression du compartiment cultivé vers les populations sauvages, décelées au niveau de la diversité
cytoplasmique, ne se reflètent absolument sur la diversité génétique nucléaire (Arnaud et al., soumis à Mol. Ecol.).
B. Évolution du système de reproduction, dispersion et structuration génétique au sein de
l’agrosystème
(Thèse de Stéphane Fénart soutenue en juin 2006 collaboration avec Frédéric Austerlitz, Université Paris-Sud)
Fénart et al. 2007 Mol. Ecol., Fénart et al Theor. Appl. Genet 2008
Au-delà de la mise en évidence de flux géniques entre compartiments sauvage et cultivé, la dynamique des
populations de betteraves mauvaises herbes suggère une structure génétique et démographique particulièrement
intéressante. En effet, une étude détaillée de la structure génétique intra et inter champs, couplée à une analyse
du système de reproduction, a révélé des contrastes importants entre populations mauvaises-herbes. L’évolution
conjointe de traits d’histoire de vie potentiellement soumis à sélection au sein de l’agrosystème (capacité à fleurir
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sans besoin de vernalisation) a été également abordée. Il apparaît ainsi que le caractère invasif des betteraves
mauvaises herbes est principalement lié à la montaison sans vernalisation qui est très vite sélectionnée
positivement car nécessaire pour boucler le cycle de vie en une seule saison de reproduction au cours de l’année
dans l'agrosystème. L'autofécondation, toutefois, ne semble pas être sélectionnée au vu des résultats concernant
l’analyse du régime de reproduction : une relation inverse entre le taux d’autofécondation et l’âge relatif de la
population de betterave mauvaise-herbe est observée (Fénart et al. en préparation). Il semble ainsi que la capacité
à s’autofertiliser est rapidement contre-sélectionnée, probablement en raison d'une forte dépression de
consanguinité (l’allogamie stricte étant la règle en population naturelle). Enfin, des analyses de paternité indiquent
que même si la plupart des événements de pollinisation se font à l’intérieur d’un même champ, des flux de pollen à
longue distance ont pu être répertoriés, certains donneurs de pollen pouvant être localisés à plusieurs kilomètres
de distance (Fénart et al. 2007, Mol. Ecol.). Par ailleurs, les relations existantes entre les différents compartiments
du complexe Beta vulgaris ont été clarifiées en confortant la position intermédiaire, en termes de proximité
génétique, des betteraves mauvaises herbes entre les betteraves cultivées et les betteraves rudérales présentes
dans la zone de production de semences, de même que le statut sauvage de ces dernières (Fénart et al. 2008,
Theor. Appl. Genet.).
III. Histoire évolutive de la section Beta: origine et maintien des différentes espèces de la section
L’aire de diversification des espèces du genre Beta se situe dans le Bassin Méditerranéen. Au sein de ce
genre composé de 3 sections, la section Beta est composée de deux espèces: Beta vulgaris (regroupant les sousespèces vulgaris (forme cultivée), maritima et adanensis) et B. macrocarpa. De fortes variations du système de
reproduction sont observées ou citées entre ces espèces et sous-espèces. B. v. maritima semble être la seule
espèce gynodioïque auto-incompatible alors que B. v. adanensis, et B. macrocarpa sont considérées comme autocompatibles voire autogames et non gynodioïques. Si leurs aires de répartition géographiques diffèrent, il existe
des zones de chevauchement, où peuvent exister des populations de deux espèces ou sous-espèces en situation
de sympatrie (péninsule ibérique pour B. v. maritima et B. macrocarpa; îles de la mer Egée pour B. v. maritima et
B. v. adanensis).
L’objectif de ce programme de recherche est de comprendre les forces évolutives qui ont conduit à la
formation des différentes espèces/sous espèces de la section Beta ainsi que les facteurs qui favorisent leur
maintien et leur intégrité. Les résultats présentés constituent le travail de thèse de Sarah Villain, soutenue en
décembre 2007.
A. Histoire évolutive de la section Beta. Relations phylogénétiques au sein de la section et
approche phylogéographique sur B. v. maritima.
Dans un premier temps nous avons analysé les diversités chloroplastique et nucléaire d’un échantillon
représentatif de la distribution géographique des différentes espèces de la section Beta, composé de 33 individus
de B. v. maritima, 12 de B. v. adanensis et 12 de B. macrocarpa. Trois espaceurs intergéniques (trnL-trnF, trnDtrnT, trnH-psbA), l’intron trnK et trois fragments de gènes nucléaires (Adh, Cab5, ITS) ont été séquencés pour
chaque individu. Une grande hétérogénéité dans les niveaux de diversité entre les espèces a été observée, les
plus hauts niveaux étant rencontrés chez Bv maritima, l’espèce allogame à large répartition géographique. Les
arbres phylogénétiques obtenus avec les deux jeux de données (chloroplastiques et nucléaires) sont congruents :
i) leur topologie peut être interprétée comme la signature d’une différentiation récente de Bv adanensis en mer
Egée ; ii) l’espèce diploïde Beta macrocarpa a des niveaux de diversité génétique extrêmement faibles par rapport
aux autres espèces de la section ; iii) l’origine allotétraploïde des Beta macrocarpa 4X endémiques des Canaries
est confirmée et le sens de l’hybridation a été mis en évidence : croisement entre Bv maritima et B. macrocarpa 2X
comme donneur de pollen.
Nous avons ensuite tenté d’étudier dans quelle mesure la distribution actuelle de Bv maritima pouvait être le
résultat des recolonisations post-glaciaires. Nous avons ainsi élargi l’échantillon d’accession de Bv maritima pour
en étudier la diversité à 10 locus microsatellites (52 individus répartis dans l’aire de distribution de l’espèce). Les
signaux phylogéographiques apportés d’une part par les haplotypes chloroplastiques et d’autre part par les
génotypes microsatellites sont concordants et suggèrent une ancienne fragmentation des populations de
betteraves à laquelle a succédé une expansion géographique à partir de deux zones géographiques identifiées
comme ayant servi de refuges glaciaires. Nos données suggèrent par conséquent que les populations actuelles de
B. v. maritima en Europe ont pour origine deux principaux refuges : i) l’un situé dans la zone hispanico-marocaine,
à l’origine de la majorité des populations des côtes atlantique, de la Manche et de la mer du Nord, ii) l’autre
d’origine balkanique, à l’origine des populations d’Europe centrale et de l’est (Villain et al. en préparation)
B. Hybridation et formation d’un nouveau taxon : le cas de B. macrocarpa dans l’Archipel canarien
Les îles Canaries sont constituées de 7 îles principales et se situent dans l’océan atlantique, à une centaine
de kilomètres des côtes africaines. Elles font partie d’un groupe d’îles volcaniques appelées la macaronésie,
véritable laboratoire naturel pour l’étude de l’évolution et de la spéciation de nombreux organismes du fait des
conditions écologiques, géologiques et géographiques particulières rencontrées (revue de Juan et al 2000). En
Europe, Beta vulgaris ssp. maritima est une espèce principalement côtière à très large distribution. L’aire de
répartition de l’espèce Beta macrocarpa diploïde est quant à elle restreinte aux côtes méditerranéennes et à la
13
côte atlantique du Portugal. Une forme tétraploïde, endémique des Canaries, est décrite comme le résultat de
l’hybridation entre Bv maritima et B. macrocarpa diploïde. Une reconstruction de l’histoire évolutive de cette espèce
allotétraploïde a été menée grâce à l’analyse de la diversité génétique et phénotypique des individus du genre
Beta présents aux Canaries : i) les analyses phylogénétiques et phénotypiques indiquent que la forme tétraploïde
de Beta macrocarpa est une espèce distincte de la forme diploïde ; ii) la proximité des îles Canaries au continent
d’une part et des résultats significativement différents dans la distribution des allèles entre les îles appuient
l’hypothèse de l’existence de plusieurs évènements de colonisation dans la région ; iii) l’absence d’allèles
parentaux dans les Canaries suggère que le ou les hybridations(s) ont précédé la colonisation. Une autre
hypothèse serait un avantage de l’hybride sur les sols volcaniques anciens qui aurait mené au remplacement d’une
ou des deux formes parentales par l’hybride (Touzet, Villain et al. en préparation).
C.
Effets de la sympatrie et du système de reproduction chez des taxons apparentés de la
péninsule Ibérique, Beta vulgaris maritima et Beta macrocarpa
L’étude du polymorphisme nucléaire (14 marqueurs microsatellites) et cytoplasmique (4 marqueurs
minisatellites) de populations naturelles de B.v. maritima et B. macrocarpa le long des côtes de la péninsule
ibérique a permis d’établir les relations génétiques qu’il existe entre ces deux espèces à systèmes de reproduction
contrastés. L’estimation du degré d’intégrité des espèces et de l’effet du système de reproduction sur la structure
génétique des populations a été réalisée sur près de 850 individus en situations parapatriques et sympatriques. Le
polymorphisme des locus montre une diversité génétique chez l’espèce autogame B. macrocarpa beaucoup plus
faible que chez l’espèce allogame B.v. maritima, mais ces deux taxons botaniques restent fortement apparentés
avec une forte proportion d’allèles de B. macrocarpa partagés avec des allèles rencontrés chez B.v. maritima. Bien
qu’une analyse bayésienne d’admixture ait mis en évidence que les 2 taxons forment des entités génétiques
clairement distinctes, plus de 7% des individus étudiés montre des génotypes intermédiaires entre ces deux
entités. Ce diagnostic peut être expliqué par une récente divergence des deux taxons avec rétention du
polymorphisme ancestral et/ou par de rares mais récurrents phénomènes d’hybridation asymétrique. Par ailleurs,
qu’il y ait eu introgression ou séparation récente, la divergence des systèmes de reproduction contribue
probablement pour beaucoup à l’intégrité de ces deux espèces (Touzet, Villain et al. en préparation).
14
Thème 2: Evolution de l'auto-incompatibilité (ATIP CNRS )
Permanents
Responsable du thème: Xavier VEKEMANS, PR (100%) recruté le 1er octobre 2002
Vincent CASTRIC, MCF (100%) recruté le 1er septembre 2004
Sylvain BILLIARD, MCF (100%) recruté le 1er octobre 2006
Anne-Catherine HOLL, technicienne (50%) à partir de septembre 2004 (remplacée temporairement à
100% par Matthieu POIRET de septembre 2007 à août 2009)
Doctorants
Camille GERVAIS, allocataire MENRT, Mécanismes évolutifs de la diversification des allèles d’autoincompatibilité chez les plantes (période 2008-2011).
Pauline GOUBET, boursière CNRS, Analyse bioinformatique et modélisation des processus évolutifs
agissant sur une région du génome soumise à des contraintes sélectives fortes et originales (période
2008-2011).
Camille ROUX, financement ANR Biodiversité, Etude du polymorphisme trans-spécifique entre deux
espèces apparentées, Arabidopsis halleri et A. lyrata: évaluation du rôle de la sélection naturelle et de
l'introgression (période 2007-2010)
Jean-Baptiste LEDUCQ, allocataire MENRT, Contraintes du système de reproduction en biologie de la
conservation: comportement d'une espèce auto-incompatible en petites populations (période 2006-2009)
(thèse en chevauchement entre la thématique auto-incompatibilité et la thématique biologie de la
conservation).
Violaine LLAURENS, boursière CNRS-BDI/Région Nord-Pas de Calais, Mise en évidence des forces de
sélection agissant au locus d’auto-incompatibilité chez Arabidopsis halleri : thèse soutenue en décembre
2007.
Maxime PAUWELS, financement ANR Blanc (01/09/2007-30/04/2009).
Valeria RUGGIERO, chercheur associé CNRS (01/2005-12/2006).
Sylvain BILLIARD, ATER (09/2004-08/2005).
Vincent CASTRIC, postdoc CNRS (09/2003-08/2004).
Autres participants
L'équipe a accueilli 9 stagiaires de DEA/M2R entre 2004 et 2008, un stagiaire étudiant ingénieur de l'ENSA de
Rennes (financement CNRS), et a recruté une assistante ingénieur (Adeline Courseaux, CDD 2004-2005).
Problématique générale
Ce thème de recherche a démarré en septembre 2003 suite à l'obtention d'un financement ATIP-jeune
équipe du CNRS, et un financement ARCir-équipe en émergence de la région nord-pas de calais. L'objet
principal du groupe de recherche concerne l'étude de l'impact de la sélection naturelle sur la diversité
génétique et moléculaire des populations végétales. Bien qu'un corpus théorique important permette de prédire
l'effet de différents types de sélection sur cette diversité, et que de nombreuses études empiriques aient été
consacrées à la mise en évidence des effets de la sélection, il existe relativement peu de modèles empiriques
suffisamment détaillés pour obtenir une large vision des différentes conséquences évolutives d'une pression de
sélection donnée. Nous abordons cet objectif au travers de l'étude de la sélection de type fréquencedépendante agissant sur les systèmes d'auto-incompatibilité chez les plantes. Ces systèmes génétiques
empêchent l'autofécondation des individus hermaphrodites par reconnaissance et rejet du pollen exprimant la
même spécificité haplotypique que celle exprimée à la surface des stigmates. Les différentes spécificités
haplotypiques au locus d'auto-incompatibilité (comprenant deux gènes liés, exprimés respectivement aux niveaux
stigmate et pollen) sont soumises à une sélection de type fréquence-dépendante négative agissant sur le succès
reproducteur paternel par le biais d'une plus grande disponibilité en partenaires compatibles pour le pollen
exprimant une spécificité haplotypique rare dans la population. Bien que les gènes impliqués dans la réaction
d'auto-incompatibilité aient été identifié dans plusieurs familles végétales, les données empiriques en populations
naturelles restent cependant par trop fragmentaires.
Nos travaux ont porté sur l'étude des conséquences génétiques, moléculaires et génomiques de cette
sélection fréquence-dépendante au travers d'une double approche théorique et empirique, utilisant l'espèce
modèle Arabidopsis halleri (Brassicaceae). Ils se sont articulés autour de deux objectifs principaux.
15
1. Etude de l'effet de la sélection sur la distribution et l'évolution des fréquences haplotypiques au
locus d'auto-incompatibilité en populations naturelles. L'hypothèse de la sélection fréquence-dépendante
(Wright 1939) est l'hypothèse fondatrice de tous les modèles théoriques relatifs à l'auto-incompatibilité, mais elle
n'a encore jamais été confirmée de façon directe. Plus récemment, d'autres forces évolutives susceptibles d'agir
sur l'évolution des fréquences haplotypiques au locus S ont été étudiées sur le plan théorique: (1) la sélection
fréquence-dépendante agissant sur le succès reproducteur maternel en populations de petite taille dans lesquelles
la disponibilité en pollen compatible serait limitée; (2) le fardeau génétique lié à l'accumulation de mutations
délétères en déséquilibre de liaison avec le locus S; (3) la sélection pour la divergence moléculaire des allèles
(avantage aux allèles les plus divergents). Nous avons cherché à mettre en évidence et à quantifier en populations
naturelles l’effet de ces différentes formes de sélection naturelle.
2. Etude des signatures moléculaires de la sélection fréquence-dépendante aux gènes d'autoincompatibilité, ainsi que dans les régions génomiques proches. Les études théoriques sur l’impact
moléculaire de la sélection balancée (famille de modèles de sélection naturelle incluant la sélection fréquencedépendante négative) prédisent qu’un gène soumis à ce type de sélection possède les propriétés suivantes : (1)
grande diversité haplotypique; (2) grande divergence nucléotidique entre haplotypes; (3) conservation de
polymorphismes ancestraux; (4) excès de substitutions non synonymes par rapport aux substitutions synonymes
aux sites soumis à sélection; (5) polymorphisme nucléotidique élevé dans les régions génomiques génétiquement
liées (effet d'auto-stop moléculaire). La détermination moléculaire de l'auto-incompatibilité dépendant de deux
gènes distincts (gène pollen SCR et gène stigmate SRK), on s'attend à une suppression de la recombinaison entre
les deux car cela conduirait à une rupture de l'auto-incompatibilité. A son tour, la suppression de la recombinaison
au locus S entraîne un élargissement des effets d'auto-stop moléculaire.
Nous avons cherché à quantifier les propriétés 1 à 4 énoncées ci-dessus chez A. halleri et à les comparer
avec celles observées chez l'espèce sœur A. lyrata (collaboration D. Charlesworth, Université d'Edimbourg et M.
Schierup, Université d'Aahrus). Nous avons également cherché à mettre en évidence l'effet d'auto-stop moléculaire
(propriété 5) et avons tenté de préciser son étendue génomique.
Résultats obtenus:
I. Revues bibliographiques
(V. Castric, X. Vekemans)
Castric & Vekemans, 2004, Mol. Ecol, Charlesworth et al. 2005, New Phytol
Nous avons démarré nos travaux par la rédaction d'une synthèse bibliographique sur la génétique évolutive
des systèmes d'auto-incompatibilité (Castric & Vekemans, 2004, Mol. Ecol.), ainsi qu'une synthèse sur l'évolution
moléculaire de ces systèmes, en collaboration avec Deborah Charlesworth (Univ. Edimbourg; Charlesworth et al.
2005, New Phytol.).
II. Inventaire et caractérisation des allèles d'auto-incompatibilité chez A. halleri.
(V. Castric)
Cette étape constituait le pré-requis au démarrage de tous les projets de ce thème de recherche. En
collaboration avec Mikkel Schierup (Univ. d'Aarhus), nous avons identifié et séquencé 26 haplotypes d'autoincompatibilité (haplotypes S), présentant des divergences moléculaires considérables. Pour chacun des
haplotypes, une méthode de typage génétique a été mise au point au travers d'amorces PCR spécifiques. Nous
avons été en mesure de valider par croisements contrôlés et par analyse de ségrégation le lien entre certains de
ces haplotypes et le phénotype d'incompatibilité.
III. Effet de la sélection sur la distribution et l'évolution des fréquences haplotypiques au locus d'autoincompatibilité en populations naturelles.
A. Etude théorique de l'influence des relations de dominance entre haplotypes S sur les fréquences
haplotypiques et évolution de la dominance
(S. Billiard, X. Vekemans, thèse de Violaine Llaurens)
Billiard et al. 2007, Genetics, Billiard, 2008, Mol. Ecol. Resources
Nous avons étudié l'interaction entre les relations de dominance entre haplotypes S et la sélection fréquencedépendante agissant au locus S. Afin de préciser les attendus théoriques en terme de fréquences haplotypiques à
l'équilibre, nous avons développé un modèle général d'évolution au locus S permettant de spécifier les relations de
dominance entre chaque paire d'haplotypes aux niveaux pollen et pistil (Billiard et al. 2007, Genetics). Nous avons
montré que le nombre d'haplotypes appartenant à une classe de dominance donnée devrait être proportionnel au
niveau de dominance. Ces travaux ont donné lieu à la réalisation et à la distribution d'un logiciel permettant de
prédire l'évolution des fréquences haplotypiques au locus au travers de calculs analytiques (modèle à population
infinie) et de simulations numériques en population finie (Billiard, 2008, Mol. Ecol. Resources).
16
Nous avons également étudié l'effet de mutations affectant les patrons de dominance entre haplotypes, et nos
résultats indiquent que la dominance d'un haplotype S est susceptible d'évoluer sous l'effet des pressions de
sélection. De plus cette évolution devrait être coordonnée entre les locus responsables des phénotypes pollen et
pistil. Nous avons montré que ces prédictions théoriques sont compatibles avec les quelques données empiriques
disponibles dans la littérature.
B. Mise en évidence des forces évolutives agissant sur les fréquences haplotypiques au locus S
(S. Billiard, V. Castric, X. Vekemans, thèse de Violaine Llaurens, M2R de Lucy Gonthier)
Billiard et al. 2007, Genetics, Llaurens et al. 2008, Evolution, Llaurens et al., 2008, Mol. Ecol
Dans une population naturelle isolée d'A. halleri, nous avons estimé la distribution des fréquences
d'haplotypes S. Les relations de dominance entre haplotypes S ont été déterminées à l'aide de pollinisations
croisées réalisées entre représentants des différents génotypes connus. Afin de préciser les attendus théoriques,
nous avons développé un modèle général d'évolution des fréquences haplotypiques au locus d'auto-incompatibilité
permettant de spécifier les relations de dominance entre chaque paire d'haplotypes aux niveaux pollen et pistil
(Billiard et al. 2007, Genetics). Nous avons ainsi comparé la distribution observée chez 328 individus adultes de la
population avec celle attendue à l'équilibre compte tenu du nombre d'haplotypes S et de leurs relations de
dominance. Nous avons également génotypé le locus d'auto-incompatibilité chez 250 descendants afin de tester si
les changements de fréquence entre générations successives étaient cohérents avec le modèle de sélection
fréquence-dépendante. En collaboration avec Etienne Klein (INRA Avignon) nous avons développé une
approche statistique permettant de comparer la vraisemblance de différents modèles explicatifs. Les résultats ont
permis de rejeter un modèle de dérive pure, et donc de démontrer l'effet de la sélection fréquence-dépendante,
ainsi que de mettre en évidence l'effet significatif des relations de dominance entre haplotypes (Llaurens et al.
2008, Evolution).
A l'aide de marqueurs microsatellites nous avons confirmé l'absence d'autofécondation en population
naturelle, et avons effectué une analyse de paternité montrant que le système d'auto-incompatibilité dans la
population étudiée n'induit pas de restriction importante du nombre de pères effectifs, probablement en raison
d'une très forte densité d'individus, et d'un nombre important de génotypes d'auto-incompatibilité (Llaurens et al.,
2008, Mol. Ecol., en collaboration avec Frédéric Austerlitz, Univ. Paris sud).
Les résultats obtenus suggèrent également l'intervention de processus évolutifs en sus de la sélection
fréquence-dépendante. En particulier nous avons testé l'existence d'une dépression de consanguinité liée au
locus S, et donc spécifique à chaque haplotype S (fardeau lié). Ce fardeau lié serait causé par la forte
hétérozygotie au locus S et le faible taux de recombinaison dans cette région génomique. Il pourrait expliquer les
différences de fréquences observées entre haplotypes S de même niveau de dominance. Une expérience de
forçage de l'autofécondation (sous atmosphère enrichie en C0 2), et de croisements entre individus de génotypes
identiques a été réalisée, et a permis de démontrer l'existence d'un fardeau lié, associé à un haplotype S
(manuscrit en préparation).
C. Comparaison de la structure génétique des populations entre marqueurs neutres et locus S
(V. Castric, X. Vekemans, M2R S. Le Cam, J.-B. Leducq, P. Goubet)
Stoeckel et al., 2008, J. Evol. Biol.
Au niveau intra-population, la structure spatiale au locus d'auto-incompatibilité a été comparée à celle de
marqueurs microsatellites dans trois populations. Une seule population montre un niveau de structure spatiale
significativement plus faible au locus S qu'aux marqueurs neutres. A l'aide de simulations numériques, nous avons
identifié les conditions sous lesquelles la migration effective au locus S serait plus élevée que pour des marqueurs
neutres non liés, comme cela avait été montré au préalable au niveau inter-population. Les résultats indiquent
qu'une différence de structure spatiale entre locus neutres et locus S n'est attendue que pour une espèce à très
faible taux de dispersion des graines et/ou du pollen, et cette différence est d'autant plus importante que le nombre
d'haplotypes S dans la population est faible. Ces résultats font l'objet d'un manuscrit en préparation, en
collaboration avec Olivier Hardy (Univ. Libre de Bruxelles).
Au niveau inter-population, nous avons réalisé le génotypage au locus S pour 650 individus en provenance de
37 populations couvrant l'aire de distribution de l'espèce. Le génotypage des 26 haplotypes S est actuellement
terminé. Des données pour 7 locus microsatellites sont également disponibles sur ces individus (collaboration avec
l'équipe "Métaux Lourds" de notre UMR). Les résultats montrent très nettement une structuration génétique plus
faible au locus S comparativement aux marqueurs neutres non liés. Néanmoins une fraction importante des
individus possède des génotypes incomplets (haplotypes S inconnus). En accord avec les prédictions théoriques,
les deux haplotypes S montrant les fréquences les plus élevées à l'échelle de l'Europe sont les deux haplotypes
les plus récessifs. Nous avons développé une méthode d'analyse de données de structure des populations pour un
locus soumis à sélection balancée, que nous avons appliqué à un jeu de donnée similaire chez le merisier, Prunus
avium (Stoeckel et al., 2008, J. Evol. Biol.).
IV. Etude des signatures moléculaires de la sélection au locus d'auto-incompatibilité ainsi que dans les
régions génomiques proches.
A. Signatures moléculaires de la sélection au locus d’auto-incompatibilité
17
(V. Castric, X. Vekemans)
Charlesworth & Vekemans, 2005 BioEssays, Bechsgaard et al. 2006 Mol. Biol. Evol., Castric &
Vekemans, 2007 BMC Evol. Biol.
Nous avons réalisé des alignements multiples des séquences d'haplotypes S obtenues chez A. halleri, avec
les séquences déjà identifiées chez d'autres espèces de Brassicaceae. Par l'analyse de l'abondance relative de
polymorphismes synonymes et non-synonymes au gène SRK, nous avons mis en évidence l'existence d'une
vingtaine de codons soumis à sélection positive, tous situés dans le domaine extra-cellulaire de la protéine
stigmatique. Nous avons également montré que le polymorphisme élevé observé dans le domaine intra-cellulaire
de cette protéine est dû essentiellement au phénomène d'auto-stop moléculaire intragénique et non pas à une
sélection directe (Castric & Vekemans, 2007, BMC Evol. Biol.).
Par ailleurs, nous avons identifié deux haplotypes S chez A. halleri qui sont chacun très proches sur le plan de
leur séquence nucléotidique avec chacun des deux haplotypes S majoritaires observés chez l'espèce autocompatible A. thaliana., ainsi qu'à deux haplotypes observés chez A. lyrata. En collaboration avec Mikkel
Schierup (Univ. Aarhus), l'analyse conjointe des contraintes sélectives agissant sur ces deux haplogroupes transspécifiques nous a permis de suggérer une origine très récente de la perte d'auto-incompatibilité dans la lignée
menant à l'espèce A. thaliana (Bechsgaard et al. 2006, Mol. Biol. Evol.). Ces résultats confirment d'autres
estimations effectuées en collaboration avec Deborah Charlesworth à partir de l'analyse du polymorphisme
moléculaire dans la région du locus S chez A. thaliana (Charlesworth & Vekemans, 2005, BioEssays).
B. Signature génomique de la sélection agissant sur le locus d’auto-incompatibilité
(S. Billiard, X. Vekemans, Postdocs Valeria Ruggiero et Maxime Pauwels, M2R B. Jacquemin).
Ruggiero et al., 2008 Genetics Research
Chevin et al., 2008 Genetics
Nous avons situé le locus S sur la carte génétique d'A. halleri établie au sein de l'UMR par Glenda Willems
(collaboration avec l'équipe "Métaux Lourds" de notre UMR), ce qui a permis de vérifier la concordance de sa
localisation avec celle chez Arabidopsis thaliana (chromosome 4). En collaboration avec Eric Lacombe (Univ.
Montpellier 2), nous avons vérifié la synthénie fine entre les deux espèces dans la région génomique du locus S.
Cinq gènes à distances variables du locus S ont été choisis pour une étude de leur polymorphisme nucléotidique
en populations naturelles (30 individus répartis en 6 populations couvrant l'aire de distribution de l'espèce), en
collaboration avec Deborah Charlesworth. Les résultats montrent une signature moléculaire de la sélection au
travers du phénomène d’auto-stop moléculaire, marquée par une élévation d'une part du polymorphisme
nucléotidique pour les gènes les plus proches du locus S, et d'autre part d'une structure génétique des populations
plus faible pour ces mêmes gènes. Cinq gènes témoins non liés au locus S ont été étudiés pour réaliser les tests
de l'effet d'auto-stop moléculaire (Ruggiero et al., 2008, Genetics Research). Dans le cadre du projet ANR blanc
SELMULTILOC (coordonateur X. Vekemans), nous avons entrepris, en collaboration avec Catherine
Montchamp-Moreau (CNRS Gif) et Frédéric Hospital (INRA Jouy) une étude élargie des effets génomiques de
la sélection. Sur le plan théorique nous avons participé à l'étude du cas particulier d'une sélection agissant sur
deux locus distincts mais proches dans le génome (Chevin et al., 2008, Genetics). Sur le plan empirique, nous
analysons actuellement le polymorphisme dans une région plus large autour du locus S afin de déterminer plus
précisément l'étendue de la signature génomique de la sélection.
C. Signature trans-spécifique de la sélection au locus d’auto-incompatibilité
(V. Castric, X. Vekemans, thèse de Camille Roux).
Castric et al., 2008 Plos Genetics
Schierup & Vekemans, 2008 Curr. Opin. Plant Biol
En collaboration avec Mikkel Schierup, nous avons comparé la diversité des haplotypes S entre les espèces
sœurs A. halleri et A. lyrata, et avons mis en évidence un partage considérable de lignées trans-spécifiques. Au
travers d'une analyse approfondie des divergences moléculaires entre paires d'haplotypes trans-spécifiques, nous
avons démontré que ce partage n'était lié qu'en partie au maintien de polymorphismes ancestraux sous l'effet de la
sélection balancée, mais résultait également d'évènements d'introgression adaptative relativement récents
(Castric et al., 2008, Plos Genetics). Cette découverte est importante car il s'agit de la première démonstration
empirique d'une introgression adaptative (dans le cas présent liée à l'avantage du rare dans l'espèce introgressée).
Nos conclusions suggèrent que l'échange d'haplotypes S entre espèces proches constituerait un mécanisme
efficace pour compenser les pertes d'haplotypes éventuellement induites par les processus de spéciation, et
permettrait d'expliquer le maintien pendant plusieurs dizaines de millions d'années de lignées haplotypiques
(Schierup & Vekemans, 2008, Curr. Opin. Plant Biol.).
Dans le cadre du projet ANR biodiversité TRANSBIODIV (coordonateur M.L. Cariou, CNRS Gif), nous
avons entrepris une étude plus étendue des signatures génomiques de l'introgression, avec un volet théorique
visant à développer des approches statistiques pour détecter ces signatures (en collaboration avec Frantz
Depaulis, Univ. Paris 6), et un volet empirique visant à caractériser ces signatures dans l'environnement
génomique du locus S.
18
V. Conséquences de la sélection au locus d'auto-incompatibilité en biologie de la conservation.
(X. Vekemans, S. Billiard, Thèse Jean Baptiste Leducq).
En collaboration étroite avec le groupe de recherche "Biologie de la conservation" de notre UMR, nous avons
démarré une étude empirique sur les risques associés à l'auto-incompatibilité chez une espèce fragile à distribution
restreinte, la Biscutelle de neustrie, Biscutella neustriaca (Brassicaceae). Nous avons entamé la phase d'inventaire
et de caractérisation des allèles d'auto-incompatibilité, et avons obtenu un nombre important de séquences
apparemment orthologues par rapport à celles identifiées chez A. halleri. Des croisements expérimentaux sont en
cours afin de déterminer le nombre de phénotypes distincts d'auto-incompatibilité, et d'établir la relation entre
phénotype et génotype.
19
20
Thème 3: Génétique et évolution de l'adaptation aux environnements pollués par les
métaux lourds
Permanents
Responsable du thème: Pierre SAUMITOU-LAPRADE, CR1-CNRS, 100%
Anne CREACH, MCF 80% (depuis le 01/01/2006)
Patrick DE LAGUERIE, MCF, 40%
Hélène FREROT, MCF, 100% (depuis le 01/10/2006)
Cécile GODE, Technicienne - CNRS
Doctorants
Isabelle DECOMBEIX : Etude d’une interaction génotype-environnement par une approche d’écologie
moléculaire : cas de l’adaptation aux sites pollués par les métaux lourds (Allocataire Ministère de la
Recherche, 2008-2013)
Claire Lise MEYER : Adaptation d’Arabidopsis halleri (Brassicaceae) aux milieux fortement pollués par les
métaux lourds : approche de génomique des populations (Allocataire Ministère de la Recherche, 20052008)
Alicja KOSTECKA : Genetic and ecological studies on adaptation of Arabidopsis halleri populations to
highly polluted sites of southern Poland. (co-tutelle de thèse : bourse d’excellence Eiffel, 2005-2008)
Martin LAVIALE : Effets des polluants sur les communautés périphytiques naturelles: apport des mesures
de fluorescence chlorophyllienne en lumière modulée (Bourse co-financée Région Nord Pas de Calais et
Agence de l’Eau Artois Picardie, thèse soutenue le 27 juin 2008)
Maxime PAUWELS Origine et évolution de la tolérance au zinc chez Arabidopsis halleri (Brassicaceae).
Approches phénotypiques et génétiques. (Allocataire Ministère de la Recherche, thèse soutenue le 12 mai
2006)
Glenda WILLEMS Characterisation of zinc and cadmium tolerance in Arabidopsis halleri (Bourse CEE
contrat RTN "Metalhome", thèse soutenue le 13 mars 2006)
Nancy ROOSENS (01/02/2006 au 31/01/2008) post doctorante Marie Curie projet Metolevol
Hélène FREROT (2005-2006) Attachée Temporaire d’Enseignement et de Recherche
Laurent AMSELLEM (2003-2004) Attaché Temporaire d’Enseignement et de Recherche
Fabienne VAN ROSSUM (2002-2004) Attachée Temporaire d’Enseignement et de Recherche
Autres participants
11 étudiants en M2R ou équivalent entre 2004 et 2008
Adeline COURSEAUX, CDD-ACI-ECCODYN : 6 mois par an (2006)
Anne PETIT. CDD Technicienne, mi-temps de Septembre 2002 à Juin 2004.
La présence de métaux lourds (zinc, nickel, plomb, …) dans le sol, souvent d'origine anthropique (exploitation
minière, industrie métallurgique, boues d'épandage, …) représente une pression de sélection très contraignante
pour la survie des espèces végétales. Elle pose de sérieux problèmes de gestion de la diversité génétique locale
d'espèces sauvages, dans la mesure où les espèces résistantes à ce stress sont rares. Néanmoins, si la diffusion
des métaux dans les sols représente une contrainte environnementale insurmontable pour la plupart des espèces,
certaines - appelées métallophytes - sont capables de résister à de fortes concentrations d'ions métalliques. Parmi
ces espèces tolérantes, quelques unes (hyperaccumulatrices) présentent la capacité d’accumuler dans leurs
parties aériennes de fortes teneurs en métaux.
Les espèces tolérantes aux métaux lourds présentent un intérêt fondamental pour comprendre les
mécanismes de l’évolution de l’adaptation d’un organisme à un milieu qui subit de fortes pressions de sélection.
Elles ont également un intérêt appliqué immédiat pour limiter les effets de l’érosion par le vent et l’eau des sols
pollués: on parle de phytofixation. L'usage d'espèces hyperaccumulatrices offre de plus la possibilité d’extraire les
métaux des sols pollués, par un procédé appelé phytoextraction. Cependant, la faible biomasse caractéristique de
la plupart des espèces hyperaccumulatrices ne permet pas d’envisager leur utilisation massive à court terme. Il
apparaît néanmoins très opportun d’identifier les mécanismes et d’isoler les gènes responsables de la tolérance et
de l’accumulation de certaines d'entre elles. Ils pourront alors être utilisés ultérieurement pour la création de
lignées hyperaccumulatrices à fortes biomasses ainsi que de lignées d’intérêt agronomique pour lesquelles la
répartition des métaux dans les feuilles ou les racines pourra être contrôlée.
21
Le modèle biologique utilisé pour cette opération de recherche est Arabidopsis halleri (Brassicaceae). Cette
espèce tolérante et hyperaccumulatrice de zinc et cadmium a acquis le statut d’espèce modèle dans l’étude des
relations plantes / métaux lourds. Elle présente de nombreux avantages pour l'étude génétique et moléculaire
des processus de tolérance et d'accumulation des métaux: son génome est l'un des plus proches
phylogénétiquement de celui d'A. thaliana, qui vient d'être entièrement séquencé. Ainsi, de nombreux outils
moléculaires développés sur A. thaliana peuvent être utilisés pour l’étude du génome d’A. halleri. De plus, l’intérêt
de la communauté scientifique pour A. thaliana a permis l’actualisation de la phylogénie du genre Arabidopsis. Il
compte actuellement 9 espèces parmi lesquelles nos observations de terrain et les données de la littérature ont
permis d'identifier deux autres tolérantes au zinc: A. arenosa et A. neglecta. C’est pourquoi nous élargissons
aujourd’hui la question de l’origine et l’évolution de la tolérance et de l’hyperaccumulation au niveau du genre
Arabidopsis.
L’objectif de nos recherches est de combiner une approche en génétique des populations, en génétique de
l’adaptation et en évolution moléculaire, afin de répondre aux questions suivantes:
(1)
Les caractères de tolérance et d’accumulation sont-ils génétiquement déterminés?
(2)
Existe-t-il une variabilité génétique au sein des espèces pour ces caractères?
(3)
Si une variabilité génétique existe, quelle est son origine et peut-elle se maintenir (au travers de quels
traits d’histoire de vie)?
(4)
Ces caractères sont-ils sous le contrôle de déterminismes génétiques simples ou complexes? S’agit-il
de mécanismes indépendants?
(5)
Peut-on identifier des gènes candidats de la tolérance et de l’hyperaccumulation ? La cible de la
sélection est-elle la structure des gènes eux mêmes et/ou leur régulation? Dans le cas d’apparitions
multiples et indépendantes des caractères, les cibles de la sélection ont-elles été les mêmes ou
spécifiques de chaque région ou le caractère est apparu ?
(6)
Peut-on identifier sur ces gènes des signatures moléculaires de la sélection (étude du polymorphisme
nucléotidique entre types tolérant et non tolérant)?
(7)
Les espèces étudiées sont-elles de bonnes candidates pour la phytoremédiation?
Principaux résultats acquis au cours des quatre dernières années
L’opération de recherche utilisant comme modèle biologique A. halleri a débuté avec la thèse de Valérie Bert
(2000) qui a mis en évidence les potentialités offertes par l’espèce pour l’étude de l’adaptation à des milieux
extrêmes comme ceux que l’on rencontre aujourd’hui autours des sites industriels de fonderie. Ce travail pionnier
s’est poursuivi par les thèses de Maxime Pauwels et Glenda Willems, qui ont été soutenues en 2006, qui ont
permis de poser la problématique de la tolérance constitutive de l’espèce, de reconstruire l’histoire de la
colonisation des sites pollués et de proposer pour la première fois un modèle d’architecture génétique de la
tolérance et de l’hyperaccumulation chez une extrêmophile des sites calaminaires. Ces travaux ont permis d’une
part de définir les grandes régions géographiques au sein desquelles une analyse intra-spécifique de l’adaptation
peut être menée en génomique des populations (approche par scan génomique développée dans le cadre de la
thèse de Claire Lise Meyer en collaboration avec Vincent Castric et étude de l’histoire récente des populations M
(Métallicole) et NM (Non Métallicole) du sud de la Pologne développée dans le cadre de la thèse d’Alicja
Kostecka). Ces travaux ont permis d’autre part d’identifier dans les régions QTL, grâce à la synthénie entre A.
thaliana et A. halleri, des gènes connus pour leur rôle dans l’homéostasie des métaux (essentiellement des
transporteurs et des chélateurs de métaux), dont le statut de candidats peut-être évalué et validé par une approche
en génomique fonctionnelle (collaborations dans le réseau Metalhome) et/ou par une approche en évolution
moléculaire par comparaison des séquences nucléotidiques entre espèces du genre Arabidopsis (projet Marie
Curie et programme BRG en collaboration avec Xavier Vekemans).
I. Variabilité génétique et phénotypique intra-spécifique pour la tolérance au zinc
Pauwels et al. J Evol Biol 2006
Grâce à différentes prospections menées en 1999, 2002 et 2005 en Europe centrale nous avons acquis un
matériel biologique unique, représentatif de l’aire de distribution de l’espèce. L’analyse chimique du contenu en
métaux des sols prélevés sur sites a confirmé le statut de pseudo-métallophyte de l’espèce A. halleri. Elle est
majoritairement présente sur sites non pollués de montagne dans les massifs des Alpes et des Carpates. En
dehors des régions de montagne, elle se rencontre sur les bords de rivières et surtout sur les sites industriels
contaminés par les activités de fonderies et/ou d’extraction minière de zinc (Pauwels et al 2006).
L’étude de la variation de la tolérance a été menée à partir de graines des sous espèces A. h. subsp halleri et
A. h. subsp. ovirensis prélevées sur des sites métallicoles (M) et non-métallicoles (NM). La tolérance évaluée en
conditions contrôlées par le test d’arrêt de la croissance des racines en solution hydroponiques nous a permis
d’établir de manière définitive la nature constitutive de la tolérance chez A.halleri. Il nous a également permis de
montrer l’existence d’une variation quantitative de la tolérance au zinc et la présence des génotypes les plus
tolérants sur les sites métallicoles (Pauwels et al 2006). Ces résultats sont très importants et nous ont conduits à
développer notre étude au niveau intraspécifique pour la recherche de l’adaptation aux sites pollués industriels
récents et au niveau interspécifique pour la recherche du ou des gènes impliqués dans l’acquisition ancienne de la
tolérance qui aurait pu être à l’origine de l’apparition de l’espèce par spéciation écologique.
22
II. Recherche de l’origine et du maintien de la variation quantitative intra spécifique de la tolérance au zinc
A. Etude de l’origine des populations de sites métallicoles : approche phylogéographique
Pauwels et al. Mol Ecol 2005, Pauwels et al. Mol Ecol 2007, Pauwels et al Curr Opin Plant Biol 2008
Afin de déterminer l’origine des populations métallicoles nous avons utilisé la phylogénie d'haplotypes
chloroplastiques. Nous avons testé deux hypothèses alternatives simples: une origine unique à toutes les
populations M ou des origines indépendantes pour les populations géographiquement isolées. Nous avons réalisé
une analyse de la structure génétique sur 67 populations (soit 1255 échantillons) en criblant le polymorphisme de
séquence de trois régions génome chloroplastique: l’intron trnK et les intergènes psbC-trnS et trnC-trnD. Les
génotypages ont été effectués à l’aide des techniques de PCR-RFLP et EcoTilling, converties après séquençage
en SNP et CAPS (Pauwels et al. 2005 et 2007).
Aucune différence de diversité et de richesse allélique n’a pu être observée entre populations M et NM.
Evalués sur la base des fréquences des haplotypes chloroplastique, les niveaux de différenciation entre
populations sont élevés (GST= 0.73***). Ils sont supérieurs à la moyenne des valeurs observées (G ST moyen=
0.0.637±0.002) chez les angiospermes à l’aide d’outils similaires (Petit et al 2005). L’isolement par la distance est
la cause principale de la différenciation observée. La mise en relation des distances génétiques et géographiques
montre qu’il existe deux grandes entités géographiques dans l’espèce situées respectivement au nord et au sud de
la barrière alpine. Le groupe du sud contient essentiellement les haplotypes situés à la racine de l’arbre
phylogénétique des haplotypes chloroplastique, le groupe du nord contient essentiellement les haplotypes situés
dans une branche de l’arbre qui se serait différenciée au cours de la colonisation du nord de l’aire de distribution,
sans doute depuis les dernières glaciations.
Dans notre échantillonnage, les trois grandes régions polluées se situent dans la partie nord : il s’agit du Harz
en Allemagne, de la Silésie en Pologne et la région d’Auby dans le Nord de la France. L’analyse de la distribution
des haplotypes montre que les populations M récentes du Nord de la France ont été fondées à partir des
populations M du Harz dont elles ne se différencient pas, mais que les populations M d’Allemagne sont très
différenciées des populations M de Pologne alors les populations M et NM appartenant respectivement à ces deux
régions sont très peu différenciées.
L’étude phylogéographique de la structuration spatiale des populations d’A. halleri au niveau de son aire de
distribution montre qu’à l’exception des populations du nord de la France situées en dehors de l’aire colonisée
naturellement par l’espèce, les populations M seraient le résultat d’une colonisation à partir de populations NM
proches. En revanche les populations M situées dans des régions géographiques différentes montrent une forte
différentiation qui nous permet aujourd’hui de poser la question de l’identité ou de la différence des mécanismes
génétiques qui ont permis les phénomènes d’adaptation locale par accroissement de la tolérance constitutive que
nous avons observée dans toutes les populations étudiées (Pauwels et al. 2008).
B. Structure génétique spatiale d'A. halleri à l’échelle d’une population polluée au zinc
Dans le but d'affiner nos connaissances sur les patrons des flux de gènes et de la structuration de la diversité
génétique à une échelle spatiale fine (10 cm à 500 m), nous avons utilisé 5 locus microsatellites dans une
population M d'A. halleri à Auby (Bois des Asturies, Nord) (Van Rossum et al., 2004). La diversité clonale trouvée
est forte (DG > 0.9), et la dispersion clonale influence la structuration de la diversité génétique seulement à faibles
distances (<1 m). Dispersion clonale et reproduction sexuée contribuent ensemble à une structuration génétique
spatiale significative, montrant que la dispersion par graines est limitée alors que les flux de pollen sont étendus.
Dans ce bois, la dispersion clonale est plus étendue dans la zone peu polluée en comparaison avec la zone très
polluée. Ceci ne peut pas être interprété comme une stratégie pour favoriser la propagation des génotypes
adaptés aux concentrations en métaux lourds les plus élevées. Aucune preuve de divergence génétique due à
l'hétérogénéité spatiale de la pollution aux métaux lourds n'a été trouvée entre les zones peu et très polluées.
III. Etude de la génétique de l’adaptation aux sites calaminaires : architecture génétique des caractères de
tolérance au zinc et au cadmium et de leur accumulation chez A. halleri.
La révolution que représentent les approches massives des génomes et de leur expression comme la
génomique, la protéomique, la métabolomique ou plus récemment la "ionomique", permet d’espérer pouvoir
identifier dans un délai raisonnable les gènes impliqués dans l’expression de caractères importants en écologie.
Parmi ces traits, le phénomène de la tolérance aux métaux lourds et celui de leur accumulation dans les parties
aériennes des végétaux mobilisent depuis quelques années une large communauté de chercheurs. Toutefois, le
coût associé à ces approches limite en général les études à quelques organismes modèles : d’une part
Arabidopsis thaliana grâce à son statut de modèle végétal et d’autre part Arabidopsis halleri et Thlaspi
caerulescens à cause de leurs capacités à tolérer et hyperaccumuler de très fortes quantités de zinc et de
cadmium.
23
A. Etude de l’architecture génétique des caractères de tolérance au zinc et au cadmium et de leur
accumulation chez A. halleri
Willems et al. Genetics 2007, Courbot et al. Plant Physiol 2007, Roosens et al. Plant & Soil 2007
Si les approches moléculaires sont nombreuses et identifient de plus en plus de gènes potentiellement
impliqués dans l’homéostasie des métaux chez les hyperaccumulateurs, aucune n’a pu identifier le ou les gènes
responsables de l’apparition de la tolérance et de l’hyperaccumulation. En effet les analyses génétiques ont été,
jusqu’à un passé récent limitées par l’absence d’individus non tolérants et non accumulateurs au sein de la même
espèce, ce qui empêchait la mise en ségrégation des caractères.
Depuis huit ans, dans l'équipe "génétique et évolution de la tolérance aux métaux lourds" de l’UMR 8016,
nous développons un matériel génétique original par croisements interspécifiques d’A. halleri avec sa plus proche
parente, A. lyrata, espèce non tolérante et non accumulatrice. La production de descendances de type BC1 et F2 a
permis de mettre en ségrégation ces caractères et de développer une carte génétique ainsi qu’une approche QTL
(Quantitative Trait Loci) pour identifier les gènes responsables de ces traits au niveau interspécifique (thèse de
Glenda WILLEMS dans le cadre du réseau Européen "METALHOME"). L’analyse de 330 descendants de BC1 a
permis de réaliser la carte génétique d’A. halleri constituée de plus de 100 marqueurs dont la position est connue
chez A. thaliana et, pour 30 d’entre eux, dont la position est connue sur les cartes d’A.lyrata lyrata et d’A. lyrata
petraea.
Nous avons pu ainsi vérifier avec les 30 marqueurs communs qu’il existe une très bonne macro-synthénie
entre A. halleri et A. lyrata (n=8) et avec les 100 marqueurs d’ancrage, qu’il existe une excellente micro-synthénie
entre A. halleri (n=8) et A. thaliana (n=5). Il existe cependant des spécificités du génome d’ A. halleri . Par exemple
nous avons identifié une triplication au niveau du gène MTP1 (Dräger et al. 2004, Willems et al. 2007).
L’analyse des phénotypes des parents du BC1 et de leurs descendants pour la tolérance au zinc, la tolérance
au cadmium et l’accumulation du zinc a été réalisée en trois expériences indépendantes. La combinaison des
données de phénotypage et de génotypage a permis de localiser les QTL correspondant aux trois caractères.
Nous avons identifié 3 QTL de la tolérance au zinc Zntol1, Zntol2 et Zntol3 localisés sur 3 groupes de liaison
indépendants et qui expliquent 12.2%, 11.2% et 5.6% respectivement de la variance phénotypique totale (soit
17.7%, 16.2% et 8.1% de la variance génétique). Les effets sont essentiellement additifs et ce sont les allèles
halleri qui contribuent à l’augmentation de la tolérance. Ces résultats diffèrent sensiblement de ceux publiés par
Macnair en 1999 qui proposaient que la tolérance au zinc était gouvernée par un gène majeur (Willems et al.
2007).
Une approche similaire sur le même matériel biologique a été réalisée pour la tolérance au cadmium (Bert et
al. 2002, Courbot et al. 2007) en collaboration avec le laboratoire de biologie moléculaire des plantes du
Professeur Nathalie Verbruggen (Université Libre de Bruxelles, Belgique). Trois QTL de la tolérance au cadmium,
Cdtol1, Cdtol2 et Cdtol3 localisés sur 3 groupes de liaison indépendants et qui expliquent 43%, 24% and 16 %
respectivement de la variance phénotypique totale. Les effets sont essentiellement additifs et ce sont les allèles
halleri qui contribuent à l’augmentation de la tolérance.
En ce qui concerne l’accumulation du Zinc, nous avons observé un net caractère récessif du trait dans le
croisement inter-spécifique. La F1 utilisée comme parent du back cross n’est que faiblement accumulatrice.
Cependant la faible variation observée a permis de détecter un QTL de l’accumulation (ZnAcc1) dans ce
croisement.
Il est très intéressant d’observer que trois phénotypages indépendants du BC1 révèlent la co-localisation de
trois QTL (Zntol1, Cdtol1 et Znacc1) sur le troisième groupe de liaison (Roosens et al. 2007). L’étude d’une F2
confirme cette co-localisation (Frérot et al en prep) mais également y ajoute la co-localisation de Cdacc1 pour
l’accumulation du cadmium (Willems et al. en prep).
Nos résultats s’inscrivent dans un contexte de génétique de l’adaptation. Les récents développements du
modèle de Fisher-Orr suggèrent que beaucoup moins de gènes qu’attendus sous le modèle infinitésimal de Fisher,
seraient impliqués dans l’adaptation et que la dynamique de substitution des allèles aux locus sous sélection suit
approximativement une séquence géométrique. Dans la marche vers un nouvel optimum adaptatif, les mutations à
effet majeur apparaissent au début alors que les mutations à effet plus réduit apparaissent plus tard. Dans nos
résultats il est intéressant d’observer que peu de QTLs sont identifiés et qu’un QTL majeur est identifié dans le cas
de la tolérance au cadmium. Si l’on considère que dans les contraintes liées à la colonisation des sites
calaminaires, la tolérance au zinc et la tolérance au cadmium sont nécessaires, alors la co-localisation d’un QTL
de la tolérance au zinc et du QTL majeur de la tolérance au cadmium (et un des QTL de l’accumulation du zinc)
apparait comme un argument fort pour penser que cette région pourrait contenir la mutation à effet majeur ayant
permis le premier pas dans la marche adaptative de l’espèce pour la colonisation des sites calaminaires.
B. Identification des gènes candidats de la tolérance au zinc chez la pseudométallophyte
Arabidopsis halleri par
l’intégration des données de génomique comparative et de
transcriptomique disponibles chez Arabidopsis
Willems et al. Genetics 2007, Roosens et al. Plant & Soil 2007, Roosens et al. Trends Plant Science
2008
La comparaison de génomes d’espèces appartenant à un même genre voire à une même famille peut se
révéler très intéressante non seulement pour aborder la question de l’évolution de la structure des génomes mais
aussi pour détecter des gènes impliqués dans des mécanismes adaptatifs. L’identification de gènes candidats peut
être conduite via la localisation des QTL responsables de caractéristiques écologiques pertinentes détectées chez
24
une espèce non modèle comme A. halleri, et leur transfert sur la carte physique d’une espèce modèle comme A.
thaliana. Cependant, avant qu’une telle approche ne puisse être appliquée de façon satisfaisante, il faut pouvoir
répondre à la question clé du niveau de macro- et micro-synténie entre espèces apparentées. Nous avons
appliqué cette approche à la recherche des gènes candidats de la tolérance aux fortes concentrations de zinc dans
les sols pollués à partir des connaissances acquises sur le modèle A. thaliana et sur l’architecture génétique de la
tolérance chez la pseudométallophyte A. halleri.
Nous avons tout d’abord démontré que des amorces d’amplification définies grâce à la séquence complète du
génome d’A. thaliana peuvent être utilisées sur le génome de ses proches parentes A. halleri et A. lyrata petraea,
en particulier pour densifier la carte génétique des espèces non modèles au niveau des régions d’intérêt ou pour le
positionnement rapide de gènes dont la fonction connue pourrait avoir permis l’évolution du trait adaptatif.
Nous avons, dans un second temps, évalué la colinéarité de la carte de liaison Ah × Alp et de la carte
physique d’A. thaliana. Tout en confirmant les cinq grands événements de réarrangement chromosomique ayant
accompagné le passage de huit chromosomes à cinq, nous avons détecté trois remaniements mineurs sous la
forme de trois inversions (Roosens et al. 2007).
Dans un troisième temps, nous avons mis à profit les connaissances acquises entre génomes et nous avons
démontré les possibilités offertes par le transfert des zones QTL déterminées chez une espèce possédant des
caractéristiques écologiques intéressantes mais dont la structure du génome est peu connue vers une espèce
modèle dont le génome est séquencé. Ce transfert a permis d’identifier un petit nombre de gènes candidats
pouvant faire l’objet d’étude plus approfondies pour validation, en particulier Ah-HMA4 qui co-localise avec (Zntol1,
Cdtol1, Znacc1 et cd acc1) et Ah-MTP1 dont la copie orthologue (Ah-MTP1a) co-localise avec Zntol-2 alors qu’une
copie paralogue co-localise avec Zntol-3 (Willems et al 2007, Roosens et al. 2007).
Même si deux limites majeures dans cette démarche doivent être mentionnées (l’existence de réarrangements
locaux qui peuvent entrainer un transfert des QTL sur des régions erronées et le risque que des régions de
génomes aient pu être perdues chez A. thaliana au moment du passage de huit chromosomes à cinq) cette
approche nous a permis de montrer que le seul gène possible dans la région où co-localisent (Zntol1, Cdtol1,
Znacc1 et cd acc1) est HMA4 (Roosens et al. 2008). Nos argument en faveur de ce gène sont d’une part sa
fonction démontrée chez A. thaliana de transporteur de zinc à travers la membrane plasmique et le chargement du
métal dans le xylème suggérant un rôle possible dans la translocation du métal vers les parties aériennes, et
d’autre part sa réponse dans les approches de transcriptomique chez A. halleri.
Une publication récente dans Nature par nos partenaires du réseau européen Metalhome a exploité et
confirmé ce résultat par une analyse fonctionnelle de HMA4 chez A. halleri (Hanikenne et al. 2008). La diminution
d’expression de HMA4 par transformation chez A. halleri d’un RNAi hal-HMA4 a entrainé une diminution forte de la
translocation du métal des racines vers les feuilles et la transformation d’A. thaliana par hal-HMA4 augmente de
façon significative la translocation du zinc.
C. Contribution à l’analyse fonctionnelle de la tolérance et de l’hyperaccumulation du zinc et du
cadmium chez A.halleri
Grâce à ce matériel cartographié et phénotypé, nous avons pu développer plusieurs collaborations avec des
laboratoires appartenant à d’autres disciplines :
La mise en ségrégation des caractères de tolérance et d’hyperaccumulation, ainsi que la construction de la
carte génétique d' A. halleri, nous ont permis de montrer que deux des trois gènes qui codent pour une
protéine de transport de métal (MTP1A-C) et identifiés chez cette espèce co-ségrégent avec la tolérance au
zinc (Dräger et al. 2004). La collaboration avec l’équipe de Pierre Berthomieu à Montpelier (UMR 5004)
nous a permis d’analyser les clones BAC construits à partir du génome d’A. halleri (Roosens et al 2008).
Nous avons pu identifier une quatrième copie de MTP1 sur le groupe de liaison 1 (hors QTL) mais aussi de
montrer une duplication en tandem du gène dans la région zntol2 et de disposer des amorces spécifiques
permettant l’analyse indépendante de la structure et de l’expression des différentes copies de ce gène .
Le matériel biologique que nous avons constitué est utilisé en collaboration avec Géraldine Sarret du
laboratoire de Géophysique interne et de Tectonique (LGIT UMR CNRS C5559) pour l’analyse du lien
entre forme chimique d’accumulation et caractère d’hyperaccumulation du zinc. L’étude des espèces
parentales du Back-Cross par microfluorescence X sur synchrotron (µSXRF) et micro-spectroscopie
d’absorption X (µEXAFS), nous a permis de confirmer qu’ A. halleri accumule le zinc (et aussi le cadmium)
dans les cellules du mésophylle et la base des trichomes et de montrer que le malate de zinc est
probablement la principale forme de stockage dans ces compartiments (Sarret et al. 2002). Grâce à
l’analyse de descendants F2 présentant des niveaux d’accumulation différents, nous avons également
montré qu’il existe une relation directe entre la capacité d’accumulation de la plante dans la partie aérienne
et sa capacité à faire passer le métal depuis les tissus conducteur vers le cytoplasme et la séquestration
dans les vacuoles (Sarret et al. en prep).
25
26
Thème 4: Evolution des cycles de développement et génomique évolutive de traits
phénologiques
Permanents
Responsable du thème: Henk VAN DIJK, PR1
1
Yves PIQUOT, MCF
2
Nina-Coralie HAUTEKEETE, MCF
Fabrice ROUX, CR2 CNRS (à partir du 01-01-2007)
Joël CUGUEN, PR1 (50%)
3
Frédéric HENDOUX , PAST Conservatoire Botanique National de Bailleul, depuis 2004
Nathalie Faure, IE (à partir du 01-12-2006)
Doctorants
Kristen Wagmann, Allocataire Ministère de la Recherche, 2004-2007
Benjamin Brachi, Allocataire Ministère de la Recherche, 2007-2010
Cécile Edelist, janvier 2007 – août 2007 (demi-ATER)
Kristen Wagmann, sept. 2007-août 2008
Étudiants en M2R ou équivalent : 3
Dans le cycle de vie d'une plante des décisions importantes de plusieurs types doivent être prises concernant:
Le moment de transition de phase : germination, initiation de la floraison, arrêt de la floraison et
sénescence de la plante.
l'investissement relatif dans la reproduction et dans la survie
la dispersion des graines ou d'autres organes de dispersion
L'optimisation de ces décisions permettra à la plante de se maintenir dans son habitat ou d'en coloniser de
nouveaux. Une meilleure compréhension de cette optimisation est d'un grand intérêt fondamental et se prête à la
fois à l'expérimentation et à la modélisation. Elle est également primordiale en biologie de la conservation : la
rareté peut-elle résulter de décisions non optimales dans un habitat donné et quelles sont les corrections
possibles?
Les traits phénologiques (germination, date de 1ère floraison, date de fin de floraison, date de sénescence)
sont sous l'influence de l'état physiologique (interne) et la situation environnementale (externe). Certains facteurs
d'environnement peuvent renseigner sur le bon moment d'une transition et la sensibilité à ces facteurs est ainsi
directement soumise à la sélection naturelle. Une des grandes questions est de quelle manière ces timings sont
optimisés dans un milieu variable dans l'espace (clines micro- ou macro-géographiques) et dans le temps (la
dynamique du milieu et les changements systématiques comme le réchauffement de notre planète). La sensibilité
aux signaux d'environnement peut suffire en soi en fonctionnant comme un système de plasticité phénotypique
(utile dans le cas d'une dynamique à court terme) ou doit varier ou évoluer génétiquement (dans les cas de clines
géographiques ou des changements systématiques). Un des challenges pour distinguer ces 2 hypothèses repose
d’ailleurs sur l’identification des bases génétiques contrôlant la sensibilité aux signaux de l’environnement.
Le moment de la germination peut être contrôlé partiellement par la dormance des graines un état de
quiescence des graines empêchant leur germination, même lorsque les conditions environnementales y sont
favorables, et qui peut être levée par un stimulus, p.ex. le froid ou la sécheresse. Elle permet théoriquement la
germination à une période optimale pour la survie et la reproduction, le maintien des populations dans les
environnements instables (banque de graines), ainsi que la dispersion des germinations dans le temps qui limite la
compétition entre apparentés. Ces deux derniers avantages sont partagés par la dispersion dans l’espace. La
dispersion est le mouvement d’un organisme, de ses propagules, ou de ses gènes. Elle influe sur la dynamique et
1
Yves Piquot participe à l'encadrement de la thèse de Kristen Wagmann, mais il anime le thème "Conservation et invasion"
depuis sa mise en place.
2
Nina Hautekèete souhaite rejoindre le thème "Conservation et invasions" en 2008 pour la seconde partie du contrat.
3
Sera intégré à partir de 2008 au sein du thème "Conservation et invasions".
27
la persistance des populations, la distribution et l’abondance des espèces et la structure des communautés, mais
aussi sur le niveau de flux de gènes entre les populations et agit ainsi sur des processus tels que les adaptations
locales, la spéciation et l’évolution des traits d’histoire de vie. C’est un trait d’histoire de vie « indirect ».
L’investissement dans la reproduction et dans la survie se compensent (trade off) et leur rapport relatif optimal
dépend de facteurs environnementaux influençant la survie des adultes et des juvéniles. L’âge à la maturité
(première floraison au cours de la vie) et la durée de vie (donc longueur de la vie reproductrice) rendent compte de
ce rapport optimal.
Résultats:
I. La phénologie de la floraison chez Beta vulgaris ssp. maritima
A. Sélection artificielle pour la date de la floraison
VAN DIJK, H. à soumettre en 2008.
La sélection artificielle pour une floraison plus précoce ou plus tardive des plantes du génotype bb (ce qui
signifie qu'elles ont besoin de vernalisation), qui a commencé en 1990 avec une population composite basée sur
des populations naturelles des côtes françaises et limitrophes et dont les premiers résultats sont publiés en 1997, a
été continuée. Actuellement il est possible d'avoir une idée de la réponse à long terme (période 1990-2008). La
réponse à la sélection pour une plus grande précocité a été efficace : les plantes de la génération 13 fleurissent
plus que 30 jours plus tôt au printemps que la population de base. La réponse immédiate à la sélection était
certainement partiellement due aux différences entre les populations qui ont été utilisées pour constituer la
population de base. La population la plus précoce se situe 14,6 jours en dessous de la moyenne.
A quoi est due la réponse à la sélection ? Chez Arabidopsis thaliana sont connus 4 "chemins" (pathways) qui
contribuent à l'induction florale et qui sont associés à 1) la photopériode, 2) la vernalisation, 3) les gibbérellines et
4) des processus "autonomes". Il est intéressant de voir si ces chemins peuvent être retrouvés chez la betterave
maritime. Le potentiel évolutif du besoin de photopériode a été étudié séparément (Van Dijk et Hautekèete 2007,
voir 1.2). La variabilité dans le besoin quantitatif de vernalization a été mise en évidence antérieurement (Boudry
et al. 2002). Ces deux chemins sont ici repris simultanément en combinaison avec les deux autres en incluant
leurs interactions.
Le besoin de vernalisation et le besoin de photopériode ont graduellement diminué jusqu'à la génération 10
mais se sont avérés interchangeables : chaque semaine additionnelle de vernalisation diminuait le besoin de
photopériode avec environ 16 minutes. Le progrès dans la précocité après la génération 10 pourrait être dû aux
deux autres chemins. Il est remarquable que l'élongation des tiges avant l'induction florale ait augmenté
graduellement jusqu'aux dernières générations. Probablement il s'agit d'un effet de gibbérellines, ce qui s'interprète
comme une préparation de plus en plus forte à une floraison rapide une fois que les conditions environnementales
en termes de vernalisation et photopériode sont favorables.
Le rôle du chemin "autonome" a été illustré à l'aide de plantes BB (pas besoin de vernalisation) à 24h de
photopériode. La sélection artificielle pour diminuer le temps entre germination et floraison a été très efficace : en 6
générations de 51,6 (sd 9,1) à 29,7(sd 1,2) jours. Ce signifie qu'il y avait initialement beaucoup de variation
indépendante des signaux de l'environnement. Après sélection le matériel était homogène avec une précocité qui
correspond au minimum possible : une montaison immédiate sans formation de rosette apparemment en cause
d'une induction florale déjà au moment de la floraison.
Un résultat remarquable, qui a fait que l'expérience a connu un an de retard, était la dévernalisation la
première année de l'expérience quand les plantes après la vernalisation étaient placées à 20° C en jours courts.
Apparemment cette combinaison de température et photopériode est très critique : l'année d'après une
température de 16° C a donné un bon résultat.
B.
Le besoin quantitatif de photopériode chez Beta vulgaris ssp. maritima et le réchauffement de la
planète
VAN DIJK, H. & N. HAUTEKEETE (2007) J Evol Biol
Les plantes de génotype BB, qui sont capables de fleurir sans vernalisation, dépendent seulement de la
photopériode pour fleurir. La photopériode critique est d'environ 13h à 14h pour les populations du Sud-Ouest de la
France, qui sont les seules en France qui sont quasiment fixées pour l'allèle B. Actuellement les températures
augmentent systématiquement, ce qui favorise une floraison plus précoce. Cette relation entre températures
printanières et moment de la floraison est très nette quand on compare les populations du Sud-Ouest de la France
avec des populations plus méridionales : Espagne, Portugal, Grèce, Turquie, Israël, Tunisie, Madère, Canaries (ce
sont pour la plupart d'autres espèces et sous-espèces dans la section Beta, mais elles sont toutes interfertiles avec
la betterave maritime). Il s'avère que la photopériode critique y est considérablement plus basse, et souvent autour
de 11h. La question qu'on peut se poser est : les populations du Sud-Ouest de la France possèdent-elles la
capacité d'ajuster leur photopériode critique aux changements climatiques ? Afin de répondre à cette question
nous avons entrepris une expérience de sélection artificielle pour diminuer le besoin de photopériode. Le résultat:
après seulement 7 générations la photopériode critique a diminué à moins de 11h, ce qui correspond donc à celle
des populations méridionales mentionnées.
Le progrès dans la diminution du besoin de photopériode semble être graduel, donc sans discontinuités. Un
croisement a été fait entre plantes avant et après la sélection artificielle, ainsi que une F 2 et des rétrocroisements
28
sur les deux générations parentales. Les résultats sont entièrement en concordance avec un modèle quantitatif
sans gènes majeurs.
C. Age des plantes et les conséquences pour la phénologie de la floraison
VAN DIJK, H. (en révision) Annals of Botany
Pendant l'expérience de sélection artificielle décrite dans 1.1, il s'est avéré que la date de la floraison n'était
pas indépendante de l'âge des plantes. Une analyse profonde a montré que la floraison se fait environ 1,3 jours
plus tard chaque année. Les effets de sénescence était particulièrement prononcés dans la dernière année de la
vie de la plante : une floraison 3,3 jours plus tard que les plantes du même âge qui restaient en vie et une
diminution significative de production de graines et de croissance des racines dans cette dernière année de vie.
D. Optimisation des traits d'histoire de vie : données et modélisation
HAUTEKEETE et al. (sous presse) Acta Oecologica
À l'équilibre évolutif, les facteurs écologiques déterminent la combinaison optimale des traits d’histoire de vie
d'un organisme. Cette combinaison optimale peut être estimée en supposant que les espèces optimisent un critère
de valeur sélective à choisir selon le degré de densité dépendance.
En collaboration avec A. Teriokhin (Université de Moscou) nous avons étudié l'impact de la quantité de
ressources disponibles et de la stabilité de l'habitat sur l'âge à la maturité d’une plante et sa durée de vie en
utilisant un modèle d'optimisation évolutive en combinaison avec des données empiriques. Nous avons effectué
cette étude sur la betterave maritime, Beta vulgaris subsp. maritima, en raison de sa grande variabilité dans la
durée de vie et l'âge de première reproduction le long d'un gradient de latitude du Nord au Sud de la France. Nous
avons également comparé les conséquences sur les résultats de notre modèle évolutif du choix du critère
d’optimalité, coefficient Malthusien λ vs succès reproducteur R 0.
Les données empiriques consistaient en des données météorologiques (MétéoFrance), des estimations de la
stabilité de l’habitat et des données de durée de vie et d’âge à la maturité observées sur des populations récoltées
le long d’un gradient latitudinal allant du Nord de la France au Sud de la côte Atlantique française. Les données
climatiques ont été représentées par des axes d’ACP. Nous avons testé ensuite la corrélation de ces axes et de
données de stabilité de l’habitat avec les données biologiques de cycle de vie (régression pas à pas).
Les résultats de la modélisation évolutive et les données empiriques suggèrent que la perturbation des
habitats, les risques liés au climat et la quantité de ressources disponibles (longueur de la saison de croissance)
seraient des facteurs sélectionnant de courtes durées de vie et une maturité précoce chez la betterave maritime.
La disponibilité des ressources a une influence négative théorique quand λ est choisi comme critère
d'optimalité, mais n’a pas d'influence lorsque R0 est pris pour critère. Le choix du critère, qui dépend des
hypothèses de densité dépendance contraignant la croissance démographique, est donc déterminant. Dans le cas
de la betterave maritime R0 semble moins approprié que λ.
II. Etude des facteurs écologiques influençant l’évolution de deux traits d’histoire de vie liés aux graines
chez la betterave maritime : dormance et dispersion
(thèse Kristen Wagmann)
A. Dormance
WAGMANN et al, soumis , WAGMANN et al, soumis
Nous avons étudié la répartition géographique de la dormance et les facteurs écologiques pouvant être
impliqués dans la sélection de ce caractère. 109 populations ont été échantillonnées en France durant l’été 2005.
19 facteurs climatiques ont été extraits pour chaque population (logiciel DIVA). La dormance a été mesurée en
serres par des relevés de germination sous une alternance de périodes de conditions optimales pour la
germination et de stimuli d’une durée de 1 mois chacun (6°C avec arrosage ou 20° sans arrosage). L’analyse de la
dormance et des axes d’ACP résumant les facteurs climatiques révèle notamment l’importance de la température
estivale pour l’installation de la dormance dans les populations.
En parallèle des semis ont été mis en place en conditions semi-naturelles sur le terrain de la Station Marine
de Wimereux, en 2003-2004, 2004-2005, et 2005-2006 afin d’évaluer les conséquences de la dormance telle que
mesurée par notre protocole en serre sur le timing de germination, la survie et la fitness des plantes en conditions
naturelles. On observe de fortes corrélations positives significatives entre le taux de dormance levée par la
sécheresse (en serre) et la proportion de germinations de printemps/été à Wimereux. Les germinations apparues
en serre après de nombreux stimuli de sécheresse sont corrélées significativement avec les germinations de
l’année suivante sur le terrain. Le taux de dormance montre une forte héritabilité (h² = 0,5) et est exclusivement
déterminé par le phénotype de la plante-mère.
B. Dispersion
La betterave maritime est supposée dans la littérature disperser ses graines par la mer (thalassochorie). En
effet les glomérules sont pour partie constitués de liège, permettant probablement la flottaison. L’hypothèse de
thalassochorie est supportée par les résultats des expériences en conditions contrôlées (canal hydrodynamique en
eau de mer) qui montrent des temps de flottaison très élevés sans diminution significative de la germination des
graines (t50 = 624 heures). Ce mode de transport des graines, plutôt original, pourrait engendrer des patterns de
dispersion très différents de ceux d’autres espèces végétales terrestres.
29
Nous avons mesuré la flottabilité de graines de betterave maritime issues de 42 populations des 109
populations récoltées en 2005 (100 graines par population) dans le canal hydrodynamique de la Station Marine de
Wimereux (eau de mer, vitesse de courant 30 cm.s-1). Les données sont acquises et sont en cours d’analyse. Les
populations méditerranéennes et du sud ouest semblent disperser moins que les populations de l’Atlantique et la
Manche. Des raisons écologiques peuvent être envisagées (faibles possibilités de dispersion par manque de
marées ou éloignement de l’eau) mais également des raisons phylogénétiques. D’autre part, nous avons observé
une diminution significative de la dispersion chez les populations insulaires, dépendante de la distance séparant la
population du continent (test sur 25 populations), ce qui supporte les théories évolutives des capacités de
dispersion.
Nous avons utilisé le modèle MOTHY (P. Daniel, MétéoFrance) de dispersion des polluants flottants (prévu
notamment pour prédire les dérives de nappes d’hydrocarbures mais également d’autres polluants ou objets
flottants) afin de prédire les dérives de glomérules de betterave maritime prélevés par la marée à partir de
différentes populations naturelles du Nord de la France et du Kent (Grande Bretagne). Nous avons pour cela
paramétré le modèle à partir de valeurs expérimentales de temps de flottaison réel des glomérules, densité des
glomérules, pourcentage de glomérules pouvant réellement être prélevés par la marée chez cette espèce etc. Le
modèle utilisant uniquement des données météorologiques réelles nous avons lancé le modèle sur 300 situations
différentes : 3 dates (grandes marées, qui permettent la prise des graines de betterave maritime par la mer) sur 10
ans, à partir de 10 points de départ sur la côte (coordonnées de populations réelles).
Les données encore en cours d’analyse montrent de très grandes distances potentielles de dispersion et de
forts taux d’échouage potentiels. A l’échéance 624 heures (T50 de flottaison des glomérules en conditions
contrôlées), la distance moyenne parcourue est de 57.6 km (SD=77.31), le percentile 90 est de 82.36 km
(SD=100.89) et la distance maximale est de 371.34 km. Au T50 de flottaison (624 heures), 78% des glomérules
sont arrivés à la côte (SD=35%). Les simulations suggèrent des possibilités d’échanges de graines transmanches
très importantes et des connectivités potentielles fortes de populations pourtant éloignées. Nous opposerons la
connectivité probable des populations ainsi estimée aux données de génétique des populations obtenues au
laboratoire (thématique gynodioécie, JF Arnaud).
III. Un modèle théorique : le poids des graines et le conflit enfants-parents
DE JONG T. et al. (2005) J Evol Biol
En collaboration avec Tom de Jong et Peter Klinkhamer de l'Université de Leiden (Pays-Bas) une étude
théorique a été réalisée sur la stratégie optimale du poids de graine. Le point de départ était le modèle classique
de Smith et Fretwell (1974) sur l'optimum du poids des graines qui maximise la valeur sélective de la plante-mère.
Chez les espèces de reproduction sexuée les graines n'ont pas toujours le même génotype que la plante-mère, ce
qui ouvre la possibilité d'un conflit sur les ressources : les graines maximisent leur valeur sélective en prenant plus
de ressources que la plante-mère "souhaite" donner. Elles ont cette possibilité grâce au fait que l'endosperme
contient un tiers de gènes paternels. Chez les plantes autogames il n'y pas de conflit car les génotypes des graines
sont identiques à celui de la plante-mère. On s'attend donc à ce que le poids des graines diminue avec le taux
d'autogamie.
Un facteur qui complique la situation est la possibilité d'imprinting, ce qui a pour conséquence que les gènes
d'un des parents sont désactivés en faveur de ceux de l'autre. Le modèle présenté prend en compte à la fois le
système de reproduction et l'imprinting, et les résultats sont comparés avec les différences de poids de graines
qu'on trouve chez des espèces proches qui diffèrent pour le taux d'autogamie.
IV. Génomique de l’adaptation de traits phénologiques chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana
(F Roux, J Cuguen, N Faure; thèse Benjamin Brachi)
ROUX F. et al. (2006) Trends in Plant Science
LE CORRE V. & ROUX F. (2007) Biofutur
Chez les plantes annuelles, les facteurs environnementaux définissent une période favorable durant laquelle
les plantes doivent compléter leur cycle de vie afin de maximiser leur fitness. Il est donc admis que la durée du
cycle de vie doit s’ajuster à la durée de la période favorable, et donc résulter d’une adaptation aux conditions
environnementales. Le cycle de vie chez les espèces annuelles est composé de deux périodes : la période
végétative avec accumulation des ressources et la période reproductive qui commence à l’initiation de la floraison.
Cette dernière période peut elle-même être divisée en 2 périodes plus ou moins chevauchantes: la période de
floraison et la période de maturation des graines. Alors que les bases génétiques de la variation de la date de
floraison commencent à être bien connues chez des espèces naturelles modèles (Arabidopsis thaliana) et
cultivées (blé, maïs…), la connaissance des bases génétiques de la variation d’autres traits phénologiques chez
les plantes annuelles sont quasi-inexistantes. En accord avec une partie de mon projet scientifique présenté lors
du concours CNRS 2006, mes activités se sont focalisées sur l’identification des bases génétiques liées à la
variation naturelle de traits phénologiques chez A. thaliana, et plus précisément la durée de floraison et la durée du
cycle de vie.
30
Pour la première fois chez une espèce végétale, trois méthodes complémentaires ont été associées
simultanément pour identifier les bases génétiques et caractériser l’architecture génétique de différents traits
phénologiques chez A. thaliana (thèse Benjamin Brachi):
cartographie par déséquilibre de liaison (Genome-Wide Association GWA mapping) en collaboration avec
Joy Bergelson (University of Chicago) et Magnus Nordborg (University of Southern California) : utilisation
de 197 accessions naturelles mondiales d’A. thaliana génotypées pour 250 000 SNPs (en moyenne, 1
SNP tous les 500 bp).
analyse QTLs (QTL mapping) en utilisant 13 familles de lignées consanguines recombinantes (RILs)
créées à l’INRA de Versailles à partir d’une core-collection d’accessions mondiales de A. thaliana. Chaque
famille est composée en moyenne de 300 RILs, toutes génotypées pour au moins 80 marqueurs
génétiques.
utilisation de lignées isogéniques (Heterogeneous Inbred Families, HIFs) dérivées d’une des 13 familles
RILs.
Alors que le GWA mapping permet une localisation précise des QTLs mais ne peut garantir que l’association
entre un SNP et un phénotype ne soit pas le résultat de la structure des populations, le QTL mapping et/ou
l’utilisation de HIFs permettent une localisation grossière des QTLs indépendante de la structure des populations.
Si une région QTL détectée par QTL mapping recouvre un SNP significativement associé au phénotype par GWA
mapping, on considère alors que ce SNP est un vrai positif.
Deux semis de 18800 plantes ont été réalisés : le premier a été réalisé en conditions contrôlées (serre, hiver
2008), et le deuxième sur un terrain expérimental avec semis des graines en automne 2007, mimant ainsi la
principale cohorte de germination observée dans les populations naturelles d’A. thaliana dans le Nord de la
France. Ce phénotypage en terrain expérimental a été réalisé afin de conférer une réalité écologique quant à la
détermination des bases génétiques et la caractérisation de l’architecture génétique de différents traits
phénologiques.
En serre, les héritabilités calculées à partir des 197 accessions naturelles sont égales à 0.81 pour la durée de
floraison et à 0.96 pour la durée du cycle de vie, indiquant une forte composante génétique dans la variation
phénotypique observée pour ces 2 traits phénologiques. La méthode de ‘Genome-Wide Association mapping’ s’est
avérée très performante quant à la précision de la localisation de régions génomiques associées à la variation de
la durée de floraison et la durée du cycle de vie. Pour la durée de floraison, un pic d’association détecté par GWA
mapping et confirmé par QTL mapping colocalise avec une région génomique de 10Kb comprenant un gène
(AT5G15230) impliqué dans la régulation de la formation de la fleur dans les régions méristématiques. Pour la
durée du cycle, un pic d’association détecté par GWA mapping et confirmé par QTL mapping colocalise avec une
région génomique de 20Kb comprenant un gène (AT4G01060) de la famille de gènes MYB impliqué dans la mort
cellulaire. Même si l’association de ces gènes à la variation phénotypique des traits phénologiques nécessite une
validation fonctionnelle, notre étude confirme que la complémentarité des méthodes de GWA mapping et QTL
mapping s’avère une approche très prometteuse pour identifier rapidement les régions génomiques associées à la
variation naturelle de traits adaptatifs chez A. thaliana.
Sur le terrain expérimental, les héritabilités calculées à partir des 197 accessions naturelles sont égales à 0,93
pour la durée de floraison et à 0,77 pour la durée du cycle de vie. L’analyse par GWA mapping est en cours, mais
les résultats issus de l’analyse QTL des13 familles RILs indiquent d’ores et déjà que l’architecture génétique et les
bases génétiques sont en partie différentes entre la serre et le terrain expérimental.
31
32
Thème 5: Biologie de la conservation, changement global et dynamique des invasions
Permanents
Yves PIQUOT, MCF
Nina HAUTEKEETE, MCF
Laurent AMSELLEM, MCF
Frédéric HENDOUX, PAST Conservatoire Botanique National de Bailleul, depuis 2004
Collaboration interne
Sylvain BILLIARD, MCF, Xavier VEKEMANS (dans le cadre de la collaboration interne avec l'équipe
incompatibilité sur le programme Biscutella neustriaca)
Doctorant
(Thèse à l'interface entre la thématique auto-incompatibilité et la thématique biologie de la conservation,
responsable: Xavier Vekemans)
Autres participants
L'équipe a accueilli 13 stagiaires de DEA/M2R/M2P entre 2004 et 2008, 12 étudiants de M1 et a recruté une
assistante ingénieur (Adeline Courseaux, CDD 2004-2005 sur financement INTERREG).
Contexte général
La biologie de la conservation était initialement intégrée dans le thème de recherche "évolution des traits
d'histoire de vie". La conservation apparaît aujourd’hui au sein du laboratoire comme un thème de recherche à part
entière comme suggéré par la précédente commission d’évaluation. Dans le cadre de ce thème, nous avons
entamé au cours du précédent quadriennal un nouveau programme portant sur deux espèces menacées : la
Biscutelle de Neustrie et la Violette de Rouen (programme Life nature 2006/2011: LIFE06//Nat/F/137) et
poursuivons les anciens programmes qui rejoignent cette thématique : (Liparis loeselii, Interreg IIIa biodiversité
transmanche n°189). Les travaux sur la Biscutelle de Neustrie font l’objet d’une collaboration interne avec l’équipe
incompatibilité dans le cadre de la thèse de doctorat de J.B. Leducq. Par ailleurs, Nina Hautekèete et Laurent
Amsellem apportent respectivement deux programmes d’étude de la dynamique de la biodiversité en milieu
anthropisé : la réponse des espèces au changement climatique global et la dynamique des invasions portant en
particulier sur le modèle Senecio inaequidens.
La biologie de la conservation des espèces menacées est née d'une prise de conscience récente de
l'accélération sans précédent à l'échelle des temps géologiques du rythme d'extinction des espèces. Il est
aujourd'hui urgent de proposer des protocoles généralisables de manipulation de populations et de communautés
pour assurer le renforcement de populations affectées par des baisses d'effectifs ou pour réintroduire des espèces
disparues de sites encore favorables (ou à nouveau favorables). Cette recherche nécessite une démarche
interdisciplinaire intégrant entre autres : la phylogénie, l'écologie des communautés, la génétique et la dynamique
des populations, l'étude de l'évolution des traits d'histoire de vie. La conservation d'une espèce sauvage nécessite
la connaissance préalable de sa position taxinomique. De cette manière, on évite de négliger la protection
d'espèces cryptiques et on peut clarifier le statut d'espèces dont la distinction est douteuse. La génétique et la
dynamique des populations ainsi que l’étude des adaptations locales de traits écologiquement importants (traits
liés à la survie et à la reproduction) vont permettre de comprendre les mécanismes de raréfaction des espèces
étudiées et fournir les clefs nécessaires à la constitution des programmes de sauvegarde. Ces aspects sont
espèces dépendants et nécessitent alors des études ciblées.
S'il est important de comprendre les mécanismes conduisant à la rareté à travers l'étude des caractéristiques
biologiques intrinsèques susceptibles de limiter l'abondance et la distribution géographique d'une espèce rare
donnée, il convient également de comprendre les conséquences potentielles sur les espèces des grands
changements anthropiques en particulier du changement climatique global, de la fragmentation des habitats, de la
facilitation des invasions par les activités humaines. De telles études fournissent les informations théoriques
nécessaires à la compréhension de l’évolution actuelle de la biodiversité et permettent également des choix de
conservation plus réalistes à moyen ou long terme. Ce travail, qui est pour partie plus théorique que les points
précédents, peut selon les questions traitées être effectué soit sur l’espèce à sauvegarder soit sur une espèce non
33
rare mais qui fournit des informations plus complètes. Nous travaillons notamment pour les études sur la réponse
potentielle au changement global sur la betterave maritime : cette espèce a été choisie pour sa très large
répartition qui a permis la sélection d’une grande variabilité de traits d’histoire de vie climat-dépendants.
Principaux résultats obtenus au cours des quatre dernières années :
Nos travaux de biologie de la conservation portent sur trois espèces Liparis loeselii, Viola hispida, Biscutella
neustriaca respectivement autogame stricte, autogame facultative et auto-incompatible. Ces trois espèces se
distinguent par ailleurs par les vecteurs de dispersion des graines : dispersion par le vent chez le Liparis et dans
une moindre mesure chez la Biscutelle et partiellement par les fourmis chez Viola hispida.
I. Biologie de la conservation
A. Analyses phylogénétiques et génétique des populations
Différenciation génétique chez une orchidée menacée : Liparis loeselii
Liparis loeselii occupe en Europe trois types d'habitats clairement différenciés par leurs caractéristiques
écologiques: les pannes dunaires du littoral, les bas marais tourbeux de plaine et les bas marais d'altitude. Les
différences d'habitats combinés à l'existence de variations morphologiques de l'appareil végétatif, nous a conduit à
envisager l'existence d'une différenciation écologique marqué entre habitat. Une analyse phylogénétique a été
réalisée sur la base de l'analyse du polymorphisme des marqueurs AFLP. En collaboration avec Mike Fay (Jodrell
Laboratory, Royal Botanic Gardens, Kew), une première étude réalisée a démontré une différenciation entre
populations de panne et populations de bas-marais de plaine (Pillon et al. 2007).
0.074
Catfield
0.02
1
Villier
s
0.01
4
Sutton
0.00
9
Populations de marais
0.00
8
Stella
A
Kenfi
g
Guissen
y
Stella
B
Whiteford
Populations de dunes
Slac
k
Guidel
Merlimont
0.105
Michigan
0.0
1
L'échantillonnage a été étendu au delà des limites de la région Nord /sud de l'Angleterre, pour évaluer la
distance génétique entre les populations littorales de la manche et les populations de l'arc alpin. Aucune
différenciation génétique n'a pu être détectée entre les populations de marais en plaines et les populations
d'altitude ce qui renforce l’idée d’une différenciation entre deux types écologiques : bas-marais tourbeux et pannes
dunaires littorales.
Analyse phylogénétique des endémismes chez Biscutella neustriaca
Le genre Biscutella (Brassicaceae) est formé d’un ensemble complexe d’espèces très localisées, aux effectifs
parfois réduits et adaptées à des conditions écologiques souvent extrêmes : falaises, éboulis, milieux secs et pour
certains écotypes et/ou sous espèces de B. laevigata, les serpentines ou les sols pollués par les métaux lourds.
Selon une hypothèse classique, il est possible que les biscutelles soient repoussées dans ces milieux difficiles par
une très faible tolérance à la compétition interspécifique. Un très grand nombre d’espèces a été décrit pour ce
genre en Europe dont 40 en France. Comme pour les orchidées, on assiste à une inflation du nombre d’espèces
décrites dans le genre. Cette augmentation peut être expliquée par une amélioration des connaissances et des
techniques taxonomiques. Néanmoins, on peut légitimement se poser la question de la validité de certains taxons.
Une phylogénie moléculaire a été réalisée sur des échantillons de biscutelles du complexe laevigata fourni par le
MNHN et complétée par un réseau de collecteurs européen (Pologne, Italie, Belgique). Les marqueurs
chloroplastiques utilisés (région trnS-trnG) n’ont pas permis d’identifier un patron géographique ou taxonomique
clair entre les différentes espèces de biscutelles du groupe laevigata, ce qui pourrait remettre en cause la valeur
des endémismes. Les données géographiques nécessitent quelques analyses supplémentaires pour être validées.
Structuration et différenciation génétique des dernières populations de Biscutella neustriaca (collaboration
Sylvain Billard, thèse J.-B. Leducq, en cours)
En 2008, 9 microsatellites polymorphes ont été obtenus au laboratoire sur Biscutella neustriaca, 369 individus
ont été échantillonnés dans les six principales populations de l'espèce et leur génotype à chacun des
microsatellites a été identifié. Les populations sont toutes génétiquement très différenciées en dépit de leur
proximité géographiques (fig.1) indiquant des flux de gènes et notamment de pollen très faibles On peut également
34
noter une très forte différenciation entre les populations du sud (5a, 5c et 6) et les populations du nord (1a, 2a, 3,
4a et 4n) séparées d'une quinzaine de kilomètres. A partir des mêmes marqueurs génétiques, nous avons mené
une étude de structuration de la diversité génétique intra-population, notamment pour la population d’intérêt, la
Bn5a qui fera l'objet d'une opération de renforcement (fig.2). L’apparentement chute très rapidement avant 5
mètres de distance entre individus, ce qui suggère que les croisements s’effectuent préférentiellement entre
individus très proches spatialement, en d’autres termes que la distance de dispersion du pollen est faible.
B5
Fig 1 : Structuration et différenciation génétique à 9 marqueurs microsatellites entre les 6 populations de
Biscutella neustriaca
Fig 2: Structuration génétique locale à 9 marqueurs microsatellites dans la population Bn5a. Pij mesure
l'apparentement (ressemblance génétique aux locus microsatellites) entre deux individus situés à une certaine
distance l’un de l’autre (en abscisses, en mètres). Pointillés = zone de significativité : au-dessus les individus sont
plus apparentés qu’attendu par hasard. Au dessous, les individus sont moins apparentés qu’attendus par hasard
B. Analyse du succès reproducteur
Etude des variations intra et inter populations du succès reproducteur chez une espèce autoincompatible
Biscutella neustriaca (collaboration Sylvain Billard, thèse J.-B. Leducq, en cours)
Des variations importantes du succès reproducteur (nombre de fruits développés sur le nombre total d’ovules
produits) ont été mis en évidence par des mesures in situ entre et à l'intérieur des populations naturelles. Nous
avons ensuite cherché à déterminer quelles pouvaient être les causes de ces variations inter-individu et nous
avons notamment testé l’hypothèse que celui-ci dépendait de la densité locale en individus donneurs de pollen
compatible. Nous avons pu mesurer in situ la densité locale en individu fleuris et nous avons montré une relation
significative entre la densité d’individus en fleurs autour d’un individu et son succès reproducteur. Les résultats de
la régression logistique suggèrent que les effets les plus significatifs concernent la densité dans un rayon de 3m,
ce qui corroborerait les résultats précédents à propos d’une faible distance de dispersion du pollen (de l’ordre de
quelques mètres). Cependant, bien que ces analyses semblent montrer qu’une forte limitation en pollen puisse être
à l’origine d’une grande partie de la variation du succès reproducteur, une partie importante de la variation n’est
pas encore expliquée. Dans ces études in situ, nous n’avons pas, pour l’heure, pu tenir compte de la compatibilité
génétique entre individus du fait du manque de marqueurs génétiques appropriés au gène contrôlant l’autoincompatibilité (en cours). Nous avons cependant réalisé une étude expérimentale sur le site du Conservatoire de
Bailleul qui a mis en évidence que pour un individu donné, la quantité relative de pollen reçu compatible avait un
impact majeur sur son succès reproducteur.
Le dispositif expérimental a été le suivant : au centre du
dispositif, 3 clones de 4 individus différents sont disposés et
sont des donneurs de pollen. A différentes distances des
donneurs de pollen, des clones d’individus différents, les
100%
receveurs de pollen, sont disposés en « patches ». Les
75%
receveurs de pollen sont incompatibles entre eux (d’après
25%
des croisements contrôlés réalisés en serres) et sont
compatibles avec une certaine fraction des individus
donneurs de pollen : R1 avec 100% des donneurs, R2 avec
75% des donneurs et R3 avec 25% des donneurs. Le
dispositif expérimental a été laissé à l’air libre pendant six semaines et le succès de reproduction a été mesuré sur
tous les individus receveurs toutes les deux semaines.
35
La figure 3 montre d’une part que les individus receveurs ont un succès de reproduction d’autant plus faible
qu’ils sont éloignés des donneurs de pollen mais également que les individus R1 (compatibles avec 100% des
donneurs) ont un succès significativement plus élevé (tests de régression logistique) que les individus R2
(compatibles avec 75% des donneurs) et des individus R3 (25%). Ainsi, il paraît évident que non seulement la
densité locale à courte distance a un impact important (les premiers effets forts se font sentir dès 5 mètres) mais
également la quantité de donneurs compatibles. Par conséquent, d’après nos études réalisées in situ ou en
conditions contrôlées, il est possible d’améliorer le succès de reproduction d’un individu à fort potentiel
reproducteur en augmentant la densité locale de pollen compatibles.
Evolution l'investissement à la reproduction de Liparis loeselii au cours d’une succession de végétation
(INTERREG IIIa transmanche n°189)
Liparis loeselii est une espèce inféodée aux pannes dunaires et au bas-marais tourbeux, appartenant aux
communautés de plantes pionnières où la compétition interspécifique est très faible jusqu'aux premiers stades de
la colonisation arbustive. La fermeture du milieu conduit inéluctablement à la disparition des populations de Liparis
loeselii. Nous cherchons à déterminer dans quelle mesure le stade de succession affecte l'histoire de vie et en
particulier l'investissement dans la reproduction et le succès reproducteur. Nous avons travaillé sur 4 populations
de pannes dunaires ayant des degrés d'embroussaillement divers,. Nous avons installé et suivi 35 quadras dans
les 4 populations. Le fruit set (nombre de fruits) a été mesuré en 2005 et 2006. L’étude révèle une augmentation
significative du fruit set avec le vieillissement de la communauté végétale et l’embroussaillement. Cette
augmentation ressemble à une "stratégie de fuite" dont les mécanismes (plasticité, sénescence ou sélection)
seront étudiés (voir projet).
II. Biologie des invasions : études phylogéographiques de Senecio inaequidens
Les résultats suivants ont été obtenus à l'issue des stages de Master 2 "Recherche" de Loïc Dorville et
Edouard Mutschler (années universitaires 2006-2007 et 2007-2008)
Senecio inaequidens fait partie d’un complexe d’espèces dont la taxonomie fait débat, et qui ne semble pas
définir des espèces en tant que telles mais dissocie plutôt des populations avec des niveaux de ploïdies différents.
Sur la base de ces niveaux de ploïdie et de la cytométrie, trois groupes de populations peuvent être définis dans
l’aire d’origine du complexe (un groupe tétraploïde, et deux groupes diploïdes avec des tailles de génomes
différents). Une part de la structuration génétique, observée sur des marqueurs chloroplastiques (un intergène -TrnM-rbcL [2830 pb] -- et un exon – TrnK1-TrnK2 [2550 pb]), peut être expliquée par ces regroupements, ce qui
permet de réfléchir sur l’origine de ces trois entités.
Egalement, sur la base de
ces
mêmes
marqueurs
chloroplastiques, différents flux
migratoires entre les aires
d'origine (Afrique du Sud) et
d'introduction (essentiellement en
Europe, mais également sur le
continent
américain
et
en
Australie) ont pu être détectés et
nous informe sur leur nombre,
leurs
localisations
géographiques, ainsi que sur
leurs importances relatives. Bien
que le faible polymorphisme
exhibé ne nous autorise pas à
tirer des conclusions fermes, il
semblerait qu’il y a eu un grand
nombre d’introductions répétées
en Europe.
Nos résultats indiquent qu'il
y aurait donc eu au moins trois
introductions indépendantes en
Europe. Cependant ce chiffre est
une estimation minimale. En
effet, plusieurs introductions suivies de goulots d’étranglements et de dérive génétique pourraient avoir eu lieu au
sein de ces groupes
36
Les populations africaines à l’origine des invasions européennes, toutes tétraploïdes, ne semblent pas
provenir d’une région d'origine particulière, et sont assez différenciées génétiquement les unes des autres. Les
populations à l’origine des autres régions envahies (Australie, Amérique du Sud, Hawaii), sont à l’inverse toutes
diploïdes (de forme "petit génome").
37
38
Bilan des mouvements de personnels chercheurs, enseignants-chercheurs et
ITA/BIATOS
Chercheurs et enseignants chercheurs
Après les importants mouvements de personnels chercheurs et enseignants chercheurs survenus au cours du
quadriennal 2002-2005 où le taux de renouvellement a dépassé les 50%, la période 2006-2008 a été caractérisée
par une consolidation des effectifs du laboratoire:
L'année 2006 a été faste sur le plan des recrutements. Faisant suite aux recrutements de Laurent Amsellem,
Vincent Castric et Mathilde Dufaÿ intervenus en 2004, nous avons obtenu de l'université le redéploiement de deux
postes de MCF:
Hélène Frérot a été recrutée en octobre 2006 sur un poste de MCF en section 67 localisé à l'IUT A. Elle a
été affectée à l'équipe de Pierre Saumitou-Laprade pour renforcer le volet biologie des populations et
écologie au sein de cette équipe.
Sylvain Billiard a été recruté à l'UFR de Biologie en octobre 2006 sur un poste MCF en section 67. Il a été
affecté à l'équipe de Xavier Vekemans pour y renforcer les compétences d'analyse théorique et de
modélisation. Cette compétence transversale rare au sein de notre UMR est aussi destinée à bénéficier
aux autres programmes de recherche de l'unité.
En ce qui concerne le CNRS, Fabrice Roux a été recruté comme CR2 lors du concours du printemps 2006 et a pris
er
ses fonctions au 1 janvier 2007 à l'issue de son post-doc au laboratoire du Pr. Joy Bergelson de l'université de
Chicago. Il a depuis mis en place un programme de recherche sur la génomique évolutive de l’adaptation centré
sur la variation de la période de floraison chez Arabidopsis thaliana.
Sur le plan des promotions, Xavier Vekemans a été promu PR1 par le CNU au printemps 2007. Cette promotion
vient reconnaître son activité scientifique et la mise en place de son équipe de recherche ATIP CNRS sur le thème
de l'évolution de l'auto-incompatibilité. Pierre Saumitou-Laprade a été promu au grade de DR2 au printemps 2008.
Cette promotion vient couronner son activité d'animation scientifique du thème "Génétique et évolution de
l'adaptation aux environnements pollués par les métaux lourds".
ITA et BIATOS
Côté CNRS, la situation est restée inchangée avec seulement deux ITA pour l'ensemble de l'UMR malgré les
demandes répétées d'affichage NOEMI d'un poste de technicien en biologie et écologie moléculaire.
En revanche côté université, le quadriennal a été marqué par un investissement important de l'université sur le
service commun des serres qui est sous la responsabilité de l'unité:
un ingénieur d'étude, Nathalie Faure, a été recruté pour assurer l'organisation générale du service et
soutenir les recherches expérimentale en terme de phénotypage intensif.
Un poste de technicien est mis au concours en 2008
Le poste libéré par le départ en retraite de Robert Dron, adjoint technique, sera remplacé.
Quatre personnels permanents rattachés à notre UMR seront désormais affectés à cette structure qui constitue
une plate forme technique de premier plan et dont le bon fonctionnement est indispensable aux programmes de
recherches de notre UMR et du pôle végétal de l'USTL.
En conclusion et conformément aux recommandations qui nous avaient été faites lors de l'évaluation
précédente, nous avons significativement renforcé le potentiel de notre UMR, en particulier via le
recrutement d'un chercheur CNRS et de 4 personnels universitaires (2 MCF et 2 BIATOS).
Expertise scientifique et insertion du laboratoire dans des réseaux et groupements
de recherche
Visibilité nationale et internationale
Au delà des considérations scientifiques, le rôle de la biodiversité et la nécessité de sa gestion mettent en jeu des
préoccupations sociales, patrimoniales, économiques et éthiques auxquelles le monde scientifique se trouve
obligatoirement confronté. Le laboratoire est donc amené à assurer régulièrement un rôle d'expert dans les
39
domaines des risques environnementaux associés aux invasions biologiques, les risques associés à l'utilisation de
plantes transgéniques, la gestion des ressources génétiques, la biologie de la conservation des espèces
menacées. Notre unité figure parmi les laboratoires reconnus pour leurs compétences de biologie et de génétique
des populations végétales et constitue à ce titre un élément important dans le réseau scientifique d'étude de la
dynamique de la biodiversité. La participation régulière des membres de notre UMR à des instances nationales et
internationales d'évaluations atteste de cette expertise.
Pour les actions les plus visibles,
Xavier Vekemans a succédé à Michel Veuille à la direction du GDR CNRS 1928 Génomique des
populations depuis 2007. Il anime depuis 2008 un consortium Européen en génétique de la conservation,
appel d'offre ESF "ConGen European Research Consortia". Intitulé: "Plant reproductive systems in
conservation genetics". Projet regroupant 10 équipes de 8 pays européens.
Pierre Saumitou-Laprade a participé au programme Européen Metalhome de 2003 à 2006, puis à l'action
Marie Curie Metolevol 2006-2008.
Joël Cuguen est chargé de mission à la Direction générale de la Recherche et de l'Innovation,
Département sectoriel A4 "Biotechnologies - ressources - agronomie" depuis octobre 2007, après avoir été
chargé de mission à la MSTP entre janvier 2006 et aout 2007.
Par ailleurs, les très nombreuses collaborations scientifiques nationales et internationales ayant donné lieu à des
publications communes témoignent de la visibilité nationale et internationale de l'unité.
Insertion régionale et positionnement dans le dispositif de recherche de l'USTL
Sur le plan régional, nous avons des collaborations régulières au sein du secteur "environnement, en particulier
avec la station marine de Wimereux (UMR LOG) pour nos programmes de recherche sur la dynamique de la
diversité génétique en milieu littoral concernant la dynamique des populations et l'écologie des copépodes (S
Souissi). Cette volonté de structuration de la recherche en environnement a amené notre laboratoire à participer
activement à la Fédération de Recherche CNRS 1818 "Milieux Naturels et Anthropisés - Flux et Dynamique"
(Directeur Nicolas TRIBOVILLARD). Ce regroupement de formations CNRS constitue maintenant un pôle
scientifique multidisciplinaire essentiel du réseau de recherche en environnement de la région Nord-Pas de Calais.
Il a permis l'émergence de projets de recherche fédérateurs dans le cadre du CPER au sein des thèmes
"environnement". Ces laboratoires forment le socle de l'axe environnement de l'université qui sera fédéré sous
forme d'un institut des sciences de l'environnement pour le prochain contrat.
L'activité scientifique du laboratoire s'inscrit également au sein des recherches dans le domaine agro alimentaire
au titre de l'analyse des mécanismes agissant sur l'organisation et l'évolution des ressources génétiques, les
polymorphismes des systèmes de reproduction et leur évolution, les risques associés à la culture de plantes OGM.
Ces recherches sont labellisées par le pôle de compétitivité Nutrition Santé Longévité et font l'objet d'un soutien
régional au sein d'une ArCIR.
Enfin, dans le domaine de la conservation des populations végétales, le laboratoire entretien des collaborations
soutenues avec le Conservatoire Botanique National de Bailleul.
Implication dans la vie universitaire locale
Le laboratoire participe activement à la vie de l'université. Plusieurs membres du laboratoire (P de Laguérie, Y
Piquot) ont été ou sont membres du conseil de l'UFR de biologie. J. Cuguen est membre élu du conseil scientifique
de l'USTL, et a été responsable de l'axe environnement de l'USTL au cours de la période 2006-2007. Suite au
changement de direction de l'université au printemps 2007, il a été nommé chargé de mission pour la recherche
dans le secteur environnement de l'USTL.
Organisation de manifestations scientifiques
Cinquième meeting du réseau européen «"Molecular Mechanisms of Metal Homeostasis in Higher Plants,
METALHOME": Lille 19 au 21 Mai 2005.
Réunion annuelle du Groupe de Biologie et Génétique des Populations "Petit Pois Déridé" (150
participants), Aout 2006.
Réunion annuelle du GDR Génomique des populations, décembre 2006
Participation à l'organisation de la Conférence Jacques Monod Evolutionary Genomics, avril 2007
Réunion du Consortium Européen "Plant reproductive systems in conservation genetics" dans le cadre du
programme ESF ConGen, Lille, octobre 2008.
Moyens techniques de l'unité
L'activité du laboratoire repose sur plusieurs plateaux techniques indispensables à son bon fonctionnement:
40
Le service commun des serres (PPF de l'université) pour tout ce qui concerne la culture des plantes, le
maintien des collections et le phénotypage des traits d'histoire de vie (serres conventionelles et serre OGM
S2).
Une plateforme de phénotypage: 2 phytotrons, un compteur à particules (pour comptage de pollen)
(CASY_ model TT, Innovatis), un compteur et analyseur de taille de graines (Elmor C3, Elmor) et un
minéralisateur micro-onde (Ethos Plus, Milestone).
Le laboratoire d'écologie moléculaire de l'unité. Cette plateforme est équipée de 10 bancs PCR, d'un banc
d'analyse PCR quantitative LightCycler 480 (Roche), de 2 séquenceurs automatiques d’ADN LiCor, d'un
séquenceur d’ADN automatique 16 capillaires (ABI 3130, Applied Biosystem),
Utilisation des crédits au cours des 4 années précédentes
Les crédits d'équipement attribués à notre unité ont été principalement investis dans la mise en place et le
développement (i) de la plate forme d’écologie moléculaire dédiée à l’analyse du polymorphisme génétique des
populations (génotypage et séquençage), (ii) et d’une plate forme de culture en environnement contrôlé insérée
dans le service commun des serres (PPF). A cette dernière sont associés des équipement permettant le
phénotypage de traits reproducteurs et de traits d'histoire de vie.
Les crédits de fonctionnement ont été investis:
1. dans le fonctionnement général du laboratoire: il est à noter que ce poste budgétaire est de plus en plus
important, notamment en relation les opérations de maintenance nécessaires au maintien d'un bon fonctionnement
des appareillages scientifique statégiques pour l'unité: séquenceurs d'ADN et équipements périphériques (PCR,
congélateurs,…), matériel informatique.
2. dans les opérations scientifiques: notre unité positionne ses recherches à l'interface génétique et
environnement et les dépenses relèvent donc principalement de deux postes majeurs: (i) les consommables de
biologie moléculaire liés aux analyses de la diversité génétique de l'ADN nucléaire et cytoplasmique; (ii) les frais de
mission et de prospection sur le terrain pour la collecte de matériel végétal original, le suivi régulier de populations
et la mise en place d'expérimentations de terrain ainsi que (iii) les frais de culture et de phénotypage des plantes
en environnement contrôlé.
Contrats et capacité de l'unité à mobiliser des moyens
Soutiens internationaux et européens :
1) 2008 – 2009 PHC PRAD intitulé "Caractérisation de la diversité génétique de betteraves sauvages au Maroc :
applications en terme de ressources génétiques", porteur J-F Arnaud (15 k€)
2) 2008 PAI Polonium (projet N° 17807RJ) «Origine de l'adaptation aux métaux lourds chez Arabidopsis halleri :
étude phylogéographique des populations des Sudètes »
3) 2008 ESF programme ConGen, "Plant reproductive systems in conservation genetics", X. Vekemans, 7 k€.
4) 2007-2011: Financement LIFE-NATURE. Participation au programme 10 k€ (Y Piquot)
5) 2006 2008 Programme Marie Curie « Metolevol » (N° 024683) Validation of genes potentially responsible for
the tolerance and haevy metal hyperaccumulation in higher plants using QTL mapping and the tools of
molecular evolution ». (dotation UMR: 204 k€ pour 2 ans)
6) 2005-2007: Financement INTERREG II. Biodiversité transmanche. Participation au projet 35 k€ (Y Piquot)
7) 2005 – 2006 PAI Polonium (projet N° 09185VA) « Etude de la structuration génétique des populations
métallicoles d’Arabidopsis halleri autour de Cracovie »
8) 2005 : Bourse Fulbright/région Nord-Pas de Calais (P. Touzet). (13 k€).
9) 2003-2006 Programme CEE Projet de réseau européen de formation (Research Training Network
financé dans le cinquième PCRDT intitulé "Molecular Mechanisms of Metal Homeostasis in Higher Plants,
METALHOME".. Contrat N°HPRN-CT-2002-00243 (dotation UMR 8016: 151.6k€ pour 3 ans).
Soutiens nationaux :
1) 2007-2010: ANR Programme Blanc, discipline Biologie Santé. Coordination du projet Selmultiloc, intitulé: "
Effet de la sélection agissant à plusieurs locus sur le polymorphisme moléculaire dans une région génomique
donnée". Recrutement d'un CDD postdoc pour 20 mois et fonctionnement (financement total de 300 k€ dont
130 k€ pour l'équipe avec 60 k€ de fonctionnement; coordinateur du projet: X. Vekemans).
2) 2007-2008: Financement CNRS ATIP-Plus, Départements Sciences du Vivant et EDD. Intitulé: " Comparaison
de la structure fine et des séquences génomiques de la région du locus d'auto-incompatibilité entre lignées
haplotypiques au sein du genre Arabidopsis". Financement de 30 k€. (responsable du projet: X. Vekemans)
3) 2007-2010: ANR Programme Biodiversité. Participation au projet Transbiodiv, coordinatrice Marie-Louise
Cariou, CNRS Gif-sur-Yvette, intitulé: "Biodiversité trans-spécifique neutre et fonctionnelle: Développements
41
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
théoriques et quantification chez des organismes modèles". Financement d'une thèse et fonctionnement
(financement total de 780 k€ dont 170 k€ pour l'équipe avec 75 k€ de fonctionnement) (responsable du projet:
X. Vekemans)
2006-2009 : ANR Jeunes chercheurs. Dynamique évolutive de la gynodiœcie chez Beta vulgaris ssp
maritima et Silene nutans. Des génomes aux population, porteur P. Touzet (120 k€ TTC).
2006-2007: Engagement du Génoscope pour séquençage de 23 Mb (13 clones BAC de 150 kb avec un
recouvrement de 12x). Intitulé du projet: "How did the transition to selfing in Arabidopsis thaliana affect the
local genomic environment of the self-incompatibility locus ?". Porteur du projet: V. Castric.
2006-2008 : Programme Génoscope. Evolution of the mitochondrial genome in beet. A comparative genomic
study at the intra-specific level. Séquençage de 5 génomes entiers de betterave, porteur P. Touzet.
2005-2007: BRG projet intitulé Etude du polymorphisme nucléotidique de gènes liés à la tolérance au zinc
chez Arabidopsis halleri (Brassicaceae) » (Projet BRG 41 860€ TTC).
2004 2006: Programme ACI ECCO-Ecodyn intitulé "Mécanismes de tolérance et d'accumulation du zinc et du
cadmium par la plante hyperaccumulatrice Arabidopsis halleri" en collaboration avec Géraldine Sarret du LGIT
– Groupe de Géochimie de l’Environnement, UMR 5559 Grenoble (dotation UMR 8016: (96.8k€)
2003-2005 : Responsable de l’action « Participation des microalgues benthiques dans la fixation des métaux
en Baie de Seine et Baie d’Authie » dans le cadre du PNETOX II « Les sédiments, un compartiment clé pour
l’évaluation des interactions entre contaminants chimiques et biota dans les écosystèmes »
2003-2006: Financement ATIP-création d'équipe par le département des sciences de la vie du CNRS. Intitulé
du projet: " Evolution des locus d'auto-incompatibilité chez les végétaux supérieurs aux échelles macro et
micro-évolutives: Arabidopsis halleri comme espèce modèle à auto-incompatibilité sporophytique" (135 k €),
(responsable du projet: X. Vekemans)
Soutiens régionaux :
1) 2008-2010 Action de Recherche concertée d’initiative Régionale (ARCir). PLANT-TEQ 6. Génétique et
génomique du contrôle de la reproduction chez les plantes: Stérilité mâle cytoplasmique et auto-incompatibilité
chez les betteraves, la chicorée et Arabidopsi, porteur P. Touzet (145 k€).
2) 2000-2006 CPER, Programme de Recherches Concertées: "Evolution de l'adaptation aux sols pollués par
les métaux lourds chez Arabidopsis halleri (Brassicaceae): Etude de l’origine et du maintien de la tolérance,
bases génétiques de la tolérance et de 'hyperaccumulation et application à la phytoremédiation. L’UMR
coordonne le projet (150 k€). (P Saumitou-Laprade)
3) 2000-2006 FEDER Axe environnement. Tolérance aux Métaux lourds chez Arabidopsis (34.7k€) (P
Saumitou-Laprade).
4) 2003-2005: Financement ARCir (Action de Recherches Concertées d'Initiative Régionale) dans la catégorie
Equipes en Emergence, par la Région Nord-Pas de Calais ; et financement FEDER de l’Union Européenne.
Intitulé: "Impact de la sélection naturelle sur le polymorphisme moléculaire et les interactions génomiques chez
les végétaux : étude du locus d’auto-incompatibilité chez Arabidopsis halleri et de son influence sur le
polymorphisme moléculaire aux régions chromosomiques voisines". Achat d’une extension à 16 capillaires du
séquenceur automatique de la plateforme moléculaire de l’unité ; recrutement d’un assistant-ingénieur pour 18
mois (134 k€), (responsable du projet: X. Vekemans).
5) 2000-2006 : CPER Programme de Recherches Concertées Interactions entre formes cultivées et sauvages de
betteraves: structure génétique et origine des populations de betteraves mauvaises herbes, évaluation des flux
géniques vers les populations sauvages en relation avec la diffusion des OGM. Volet agroalimentaire, porteur
J-F Arnaud. (Budget du volet 2005-2007 de 48 k€ TTC).
6) 2000-2006 : CPER Programme de Recherches Concertées Stérilité Mâle Cytoplasmique. Volet
agroalimentaire, porteur P. Touzet. (Budget du volet 2005-2007 de 48 k€ TTC)
BQR et soutiens de l'USTL
1) 2007 : Bonus Qualité Recherche de l’université de Lille 1. Soutien pour l’achat de 2 phytotrons (F. Roux) (25
k€ TTC)
2) 2007 : PPF Bioinformatique de l’université de Lille 1. Projet Evolution du génome mitochondrial, porteur P.
Touzet (9 k€)
3) 2007 : Soutien PPF Président – Equipe émergente, Université de Lille 1, porteur P. Touzet (30 k€ TTC).
4) 2006-2007: Financement du Plan Pluri Formation (PPF) Bioinformatique de l'USTL pour l'analyse de
données de séquençage dans le cadre du projet Génoscope. Porteur du projet: V. Castric. Financement de 15
k€
5) 2006 : Bonus Qualité Recherche de l’université de Lille 1/Ministère des affaires étrangères. Participation
aux frais de colloque Evolution 2006, Stony Brook, Etats-Unis (P. Touzet). (1,7 k€ TTC)
6) 2004 : Bonus Qualité Recherche de l’université de Lille 1. Soutien pour l’achat d’un compteur à particules (M.
Dufaÿ). (25 k € TTC)
42
Vie collective et gouvernance de l'unité
Nous avons souhaité mettre en place un fonctionnement qui permette des échanges efficaces sans être trop
consommateur de temps:
Un comité de direction composé des responsables de thèmes et du directeur de l'unité se réunit
régulièrement (en moyenne une fois par mois) pour élaborer la politique générale de l'UMR dans les
domaines scientifiques et pédagogiques, pour discuter des orientations budgétaires et de la politique de
recrutement des personnels statutaires et temporaires.
Une réunion de laboratoire ouverte à l'ensemble des personnels est organisée chaque semaine. Les
informations importantes pour la vie de l'unité y sont échangées.
Une réunion hebdomadaire des utilisateurs de la plate forme d'écologie moléculaire du laboratoire permet
de fixer les plannings d'utilisation des matériels et de planifier les achats de consommables.
De même une réunion des utilisateurs du service des serres est organisée tous les mois pour organiser
l'utilisation des espaces de culture et faire le point sur les expérimentations en cours.
Enfin des réunions de travail ponctuelles sont convoquées en fonction des besoins particuliers
(planification des enseignements, organisation des missions, …).
Séminaires et animation scientifique du laboratoire
Nous organisons régulièrement, en moyenne tous les 15 jours, un cycle de séminaire scientifique d'une heure. Ce
cycle comprend des présentations scientifiques des membres permanents, doctorants et post doctorants de
l’Unité, mais surtout des conférences d'invités extérieurs à l'unité. Ce cycle de conférences est étroitement couplé
à la formation des étudiants des parcours recherche du Master Biodiversité et Ecosystèmes Continentaux et
Marins dans lequel le laboratoire est profondément investi.
2008
Besnard, G. L'évolution des plantes en C4, Université de Lausanne, Suisse.
Bracchi, B. Les bases génétiques de la floraison chez A. thaliana. GEPV, Lille.
Darracq, A. Evolution du génome mitochondrial, approche par génomique comparative. GEPV, Lille.
Dufaÿ, M. Evolution de la gynodioécie en populations structurées. GEPV, Lille.
Fiévet, V. Fonctionnement des populations d’un ravageur des cultures. La colonisation d’une parcelle de céréales
par les pucerons. INRA, Rennes.
Leclerq, M. De La Société des Observateurs de l’Homme (1799) à la Convention sur la Diversité Biologique (1992)
: des origines de l’ethnobiologie à son application actuelles dans les traités et programmes de recherches
internationaux, MNHN Paris.
Marais, G. Evolution de la dioecie et des chromosomes sexuels chez les plantes, CNRS Lyon.
Méry, F. Evolution des capacités d'apprentissage: une balance entre couts et bénéfices, CNRS-LEGS, Gif/Yvette.
Møller, A. The biological consequences of Chernobyl, CNRS, Laboratoire de parasitologie Evolutive, Univ. Pierre et
Marie Curie.
Rhoné, B. Mécanismes génétiques impliqués dans l'adaptation climatique de populations expérimentales de blé
tendre, INRA du Moulon, Gif/Yvette.
Roux, C. Étude du polymorphisme transpécifique entre deux espèces apparentées : évaluation du rôle de la
sélection naturelle et de l’introgression, GEPV, Lille.
Segurel, L. Histoire démographique sexe-spécifique dans des populations humaines d'Asie Centrale, MNHN Paris.
Leducq, J.B. Structuration génétique spatiale et effets Allee chez Biscutella neustriaca. GEPV, Lille.
Meyer, C.L. Approche de criblage génomique pour détecter les traces de sélection divergente au sein de l'espèce
pseudo - métallophyte Arabidopsis halleri, GEPV, Lille.
2007
Andrieu, E. Impacts de la progression forestière sur l'écologie et la dynamique des populations de pivoine
officinale, CEFE, Montpellier.
Cambray, G. Travelling without moving: a principle of evolutionary landscape broadening, Institut Pasteur, Paris.
Castric, V. Comment les allèles d'incompatibilité ont trouvé le secret pour passer de l'autre côté du miroir, GEPV,
Lille.
Darracq, A. Evolution du génome mitochondrial de Beta vulgaris. Approche par génomique comparative, GEPV,
Lille.
de Cauwer, I. Flux géniques, organisation de la diversité génétique et succès reproducteur chez la betterave
maritime : implications en terme de dynamique de la gynodioécie, GEPV, Lille.
de Vienne, D. La congruence entre arbres phylogénétiques d'hôtes et de parasites. Comment l'interpréter et
comment la tester? ESE, Paris Sud.
Edelist, C. Patron de polymorphisme et signature moléculaire de l'adaptation aux milieux salins de Helianthus
paradoxus, INRA du Moulon, Gif/Yvette.
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Garraud, C. Évolution de la transmission de mitochondries par le pollen dans une population gynodioïque, ESE,
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Grappin, P. Déterminants de la dormance et de la longévité des semences orthodoxes: approches génomiques,
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Hulin, V. Dispersion des femelles et évolution des sex-ratios. Des sex-ratios extraordinaires dans des conditions
ordinaires, ESE, Orsay.
Jacquemin, B. La résistance aux pesticides : Un modèle d'étude d'adaptation locale rapide aux enjeux multiples,
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Lavergne, S. Ecologie des plantes invasives. Laboratoire d'Ecologie Alpine, Grenoble.
Laviale, M. Effets des polluants sur la physiologie des communautés périphytiques, GEPV, Lille.
Le Corre, V. Génétique des populations et évolution de la date de floraison chez A. thaliana, INRA de Dijon.
Leducq, J.B. Effets de la fragmentation sur le succès reproducteur et la démographie d’une espèce autoincompatible menacée d’extinction. Exemple de Biscutella neustriaca (Brassicaceae). Présentation des
objectifs et résultats préliminaires, GEPV, Lille.
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Laviale, M. Présentation projet de thèse, GEPV, Université Lille 1.
Llaurens, V. Présentation projet de thèse, GEPV, Université Lille 1.
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Porcher, E. Evolution de la rupture d'auto-incompatibilité dans un système gamétophytique, Muséum Nationale
d'Histoires Naturelles, Paris.
Touzet, P. Résultats des 6 mois chez Lynda Delph, GEPV, Université Lille 1.
Touzet, H. Présentation des activités de recherche du labo de BioInfo, LIFL, Université Lille 1.
Wagmann, K. Présentation projet de thèse, GEPV, Université Lille 1.
Elements d'autoévaluation
L'originalité et la spécificité de notre unité réside dans l'approche d'écologie moléculaire et d'évolution qui y est
menée. Nos recherches se situent à l'interface entre écologie évolutive, génomique des populations et biologie
intégrative. Cette approche nous permet de réaliser des travaux originaux sur la génétique évolutive des systèmes
de reproduction et de l'adaptation, qui s'appuie sur une dissection des caractères étudiés et l'analyse de la
diversité moléculaire.
Points forts
-
Points à améliorer
Positionnement thématique
Qualité des publications
Expertise scientifique et Implication de
membres de l'unité dans les instances
scientifiques locales, nationales et
internationales
-
45
Taille de l'unité
Hétérogénéité de publication entre membres
de l'unité
46
2 – Production scientifique des quatre dernières années
Politique de publication de l'unité
Un effort important de ciblage vers les meilleures revues scientifiques de notre discipline a été réalisé. La médiane
du facteur d'impact des publications de l'unité est de l'ordre de 4.1. Les revues cibles sont des revues reconnues
de premier plan en écologie moléculaire, génétique et biologie de l'évolution: Molecular Ecology, Genetics, JEB.
Plusieurs articles de synthèse ont aussi été publiés dans des revues généralistes à forte audience: TREE, TPS,
Current Opinion in Plant Biology.
Journal
Trends in Ecology and Evolution
Current Opinion in Plant Biology
Trends in Plant Science
PloS Genetics
The Plant Journal
Molecular Biology and Evolution
Plant Physiology
BioEssays
New Phytologist
Molecular Ecology
Evolution
Proceedings of the Royal Society of London, Series B
BMC Evolutionary Biology
Heredity
Genetics
Journal of Evolutionary Biology
Journal of Experimental Botany
Developmental and Comparative Immunology
Theoretical and Applied Genetics
Environmental pollution
Journal of Phycology
Biological Journal of the Linnean Society
Science of the Total Environment
Genetics Research (Cambridge)
Plant and Soil
Conservation Genetics
Acta Oecologica
Molecular Ecology Ressources
Chemoecology
Euphytica
Acta Physiologiae Plantarum
Biofutur
Total
Facteur d'impact 2007
14.797
9.189
8.995
8.721
6.751
6.438
6.367
5.402
5.249
5.169
4.502
4.112
4.091
4.065
4.001
3.920
3.917
3.155
3.137
3.135
2.820
2.368
2.182
2.164
1.821
1.733
1.306
1.257
1.250
1.050
0.295
0.076
Nombre de publications
1
2
3
1
1
2
1
1
1
12
2
1
2
2
3
5
1
1
3
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
59
ACL : Articles dans des revues internationales ou nationales avec comité de lecture répertoriées dans les bases
de données internationales
Publications sous presse
1. Brulle, F., Cocquerelle, C., Mitta, G., Castric, V., Douay, F., Leprêtre, A. & Vandenbulcke, F. 2008
Identification and expression profile of gene transcripts differentially expressed during metallic exposure in
Eisenia fetida coelomocytes. Developmental and Comparative Immunology, sous presse.
2. Chevin, L. M., Billiard, S. & Hospital, F. 2008 Hitchhiking both ways: effect of two interfering selective
sweeps on linked neutral variation. Genetics, sous presse.
3. Hautekèete, N.-C., Van Dijk, H., Piquot, Y. & Teriokhin, A. 2008 Evolutionary optimization of life-history
traits in the sea beet Beta vulgaris subsp. maritima: comparing model to data. Acta OEcologica, sous
presse.
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5. Paris, M., Roux, F., Bérard, A. & Reboud, X. 2008 The effects of genetic background on herbicide
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47
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evidence for a cost of restoration of male function? Journal of Evolutionary Biology 21, 202-212.
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weed beet and sugar beet accessions compared to wild relatives: new insights into the genetic
relationships within the Beta vulgaris complex species. Theoretical and Applied Genetics 116, 1063-1077.
10. Hasselmann, M., Vekemans, X., Pflugfelder, J., Koeniger, N., Koeniger, G., Tingek, S. & Beye, M. 2008
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genomics: putting adaptation back in a spatial and historical context. Current Opinion in Plant Biology 11,
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implications for phytoremediation. Molecular Ecology 17, 108-119.
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Arabidopsis halleri. Genetics Research (Cambridge) 90, 37-46.
17. Schierup, M. H. & Vekemans, X. 2008 Genomic consequences of selection on self-incompatibility genes.
Current Opinion in Plant Biology 11, 116-122.
18. Stoeckel, S., Castric, V., Mariette, S. & Vekemans, X. 2008 Unequal allelic frequencies at the selfincompatibility locus within local populations of Prunus avium L. : an effect of population structure? Journal
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25. Fénart, S., Austerlitz, F., Cuguen, J. & Arnaud, J.-F. 2007 Long distance pollen-mediated gene flow at a
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48
30. Migné, A., Gevaert, F., Créach, A., Spilmont, N., Chevalier, E. & Davoult, D. 2007 Photosynthetic activity of
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47. Pauwels, M., Saumitou-Laprade, P., Holl, A.-C., Petit, D. & Bonnin, I. 2005 Multiple origin of metallicolous
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temporal changes of microsatellite DNA polymorphisms in the land snail Helix aspersa (Gastropoda:
Helicidae). Biological Journal of the Linnean Society 82, 89-102.
49. Castric, V. & Bernatchez, L. 2004 Individual assignment test reveals differential restriction to dispersal
between two salmonids despite no increase of genetic differences with distance. Molecular Ecology 13,
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51. Djè, Y., Heuertz, M., Ater, M., Lefèbvre, C. & Vekemans, X. 2004 In situ estimation of outcrossing rate in
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52. Dräger, D. B., Desbrosses-Fonrouge, A.-G., Krach, C., Chardonnens, A. N., Meyer, R. C., SaumitouLaprade, P. & Kramer, U. 2004 Two genes encoding Arabidopsis halleri MTP1 metal transport proteins cosegregate with zinc tolerance and account for high MTP1 transcript levels. The Plant Journal 39, 425-439.
49
53. Heuertz, M., Fineschi, S., Anzidei, M., Pastorelli, R., Salvini, D., Paule, L., Frascaria-Lacoste, N., Hardy, O.
J., Vekemans, X. & Vendramin, G. G. 2004 Chloroplast DNA variation and postglacial recolonisation of
common ash (Fraxinus excelsior L.) in Europe. Molecular Ecology 13, 3437-3452.
54. Heuertz, M., Hausman, J. F., Hardy, O. J., Vendramin, G. G., Frascaria-Lacoste, N. & Vekemans, X. 2004
Nuclear microsatellites reveal contrasting patterns of genetic structure between western and southeastern
European populations of the common ash (Fraxinus excelsior L.). Evolution 58, 976-988.
55. Touzet, P. & Budar, F. 2004 Unveiling the molecular arms race between two conflicting genomes in
Cytoplasmic Male Sterility? Trends in Plant Science 9, 568-570.
56. Touzet, P., Hueber, N., Bürkholz, A., Barnes, S. & Cuguen, J. 2004 Genetic analysis of male fertility
restoration in wild cytoplasmic male sterility G of beet. Theoretical and Applied Genetics 109, 240-247.
57. Van Rossum, F., Bonnin, I., Fénart, S., Pauwels, M., Petit, D. & Saumitou-Laprade, P. 2004 Spatial genetic
structure within a metallicolous population of Arabidopsis halleri, a clonal, self incompatible, and heavy
metal tolerant species. Molecular Ecology 13, 2959-2967.
58. Vekemans, X. & Hardy, O. J. 2004 New insights from fine-scale spatial genetic structure analyses in plant
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59. Viard, F., Arnaud, J.-F., Delescluse, M. & Cuguen, J. 2004 Tracing back seed and pollen flow within the
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ACLN : Articles dans des revues avec comité de lecture non répertoriées dans des bases de données
internationales
ASCL : Articles dans des revues sans comité de lecture,
1. Wagmann, K., Hautekèete, N., Piquot, Y. & Van Dijk, H. 2006 Le voyage de la betterave - Dispersion des
graines chez la betterave maritime (Beta vulgaris subsp. maritima). Le Jouet du vent - Lettre d'information
semestrielle du Conservatoire Botanique National de Bailleul 17, 2.
INV : Conférences données à l’invitation du Comité d’organisation dans un congrès national ou international.
Saumitou-Laprade, P. 2008 Evolution of metal tolerance in Arabidopsis halleri (Brassicaceae). Genetic and
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Communication invitée.
Saumitou-Laprade, P. 2006 Adaptation of Arabidopsis halleri to sites recently polluted by high amount of zinc and
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(UCLA), USA: Communication invitée.
Saumitou-Laprade, P. 2006 Evolution of Zn tolerance in the pseudometallophyte Arabidopsis halleri subsp. halleri:
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The Netherlands: Communication invitée.
Saumitou-Laprade, P. 2006 Genetics and evolution of adaptation to zinc polluted soils in Arabidopsis halleri. In
Plant Evolution and Domestication. Cologne, Allemagne: Communication invitée.
ACT : Communications avec actes dans un congrès international ou national
—
COM : Communications orales sans actes dans un congrès international ou national
2008
Arnaud, J.-F. & Dufaÿ, M. 2008 Variation du succès reproducteur mâle chez Beta vulgaris spp. maritima en
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l'Universidad de Chile. Santiago, Chili: Communication invitée.
ième
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vie et de la date de floraison chez Arabidopsis thaliana. In XXXème Réunion annuelle du Groupe de
Biologie et Génétique des Populations. Agrocampus Ouest - Rennes, France: Communication orale.
50
Castric, V. 2008 Balancing selection at the self-incompatibility locus and the transition to selfing in Arabidopsis. In
Séminaire invité par le réseau S.F.B. Max Planck Institut. Cologne, Allemagne: Communication orale.
Dufaÿ, M., Brachi, B. & Touzet, P. 2008 Gynodioecy in Silene nutans : how male and female fitness vary among
sexual phenotypes? In Silene workshop: from populations to genes. Monte Verità, Ascona, Switzerland:
Communication orale.
Dufaÿ, M., Cuguen, J., Arnaud, J.-F. & Touzet, P. 2008 Sex ratio variation among gynodioecious populations of
wild beet: can it be explained by negative frequency-dependent selection? In 21th annual conference of the
Plant Population Biology section of the Ecological Society of Germany, Switzerland and Austria.
Luxembourg: Communication orale.
Hautekèete, N., Piquot, Y., Wagmann, K. & Van Dijk, H. 2008 Réponses potentielles au changement climatique
global chez la betterave maritime Beta vulgaris ssp. maritima. In 120 congrès de l'AFAS (Association
Française pour l'Avancement des Sciences). MNHN, Paris, France: Communication orale.
Hornoy, B., De Cauwer, I., Dufaÿ, M. & Arnaud, J.-F. 2008 Variation spatio-temporelle de la diversité nucléocytoplasmique chez une espèce gynodioïque. In XXème Réunion annuelle du Groupe de Biologie et
Génétique des Populations. Agrocampus Ouest - Rennes, France: Communication orale.
Le Cadre, S., Van Rossum, F., Brachi, B. & Touzet, P. 2008 Phylogeography and postglacial recolonisation of
Silene nutans (Caryophyllaceae) in Europe. In 21th annual conference of the Plant Population Biology
section of the Ecological Society of Germany, Switzerland and Austria. Luxembourg: Communication orale.
Leducq, J.-B. 2008 Effect of balancing selection on spatial genetic structure within continuous populations: theory
and empirical evidence from the self-incompatibility locus in Arabidopsis halleri. In 41th Population
Genetics Group Meeting. University of Warwick, UK: Communication orale.
Meyer, C.-L., Castric, V., Vitalis, R. & Saumitou-Laprade, P. 2008 A population genomic analysis to detect
divergent selection among metallicolous and non metallicolous populations of Arabidopsis halleri. In Fith
Metalhome Meeting. Bruxelles: Communication orale.
Roux, F., Horton, M. & Bergeslon, J. 2008 Genome-Wide Association mapping in Arabidopsis thaliana to identify
genes causing quantitative resistance to the pathogen Pseudomonas viridiflava. In S.F.B. 680. Köln,
Germany: Communication orale.
genes vausing quantitative resistance to the pathogen Pseudomonas viridiflava. In XXth International
Congress of Genetics. Berlin, Germany: Communication orale.
Saumitou-Laprade, P., Pauwels, M., Willems, G. & Roosens, N. 2008 Evolution of metal tolerance in Arabidopsis
halleri (Brassicaceae). Genetic and phylogeographic approaches. In XX International Congress of Genetics
(ICG). Berlin, Allemagne: Communication orale.
Touzet, P. 2008 From the effect of breeding system on polymorphism in mitochondrial genes of Silene to the study
of gynodioecy in Silene nutans. In Silene workshop: from populations to genes. Monte Verità, Ascona,
Switzerland: Communication orale.
2007
Billiard, S. & Llaurens, V. 2007 Évolution de la dominance dans les systèmes d’incompatibilité sporophytiques. In
XXIXème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations. Université de Poitiers, France:
De Cauwer, I., Arnaud, J.-F., Dufaÿ, M. & Cuguen, J. 2007 Spatial genetic structure and male mating success in
the gynodioecious species Beta vulgaris ssp. maritima: does restoration of male fertility matter? In 40th
Population Genetics Group Meeting. University of Manchester, UK: Communication orale.
De Cauwer, I., Dufaÿ, M., Cuguen, J. & Arnaud, J.-F. 2007 Dispersion pollinique et succès reproducteur mâle chez
une espèce gynodioique : importance relative de la restauration de la fertilité mâle. In XXIXème Réunion
du Groupe de Biologie et Génétique des Populations. Université de Poitier, France: Communication orale.
Gonthier, L. 2007 Existe-t-il un fardeau lié au locus S pour le système d’auto-incompatibilité sporophytique ? In
XXIXème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations. Université de Poitiers, France:
Hautekèete, N., Piquot, Y., Wagmann, K., Fourdrigniez, M. & Van Dijk, H. 2007 Global change: to evolve or to run?
Potential responses to climate change in sea beet (Beta vulgaris ssp. maritima). In Young Botanists' Day,
"Plant conservation in theory and practice". Bailleul, France: Communication orale.
Leducq, J.-B. 2007 Influence de la sélection balancée sur la structure génétique spatiale dans des populations
continues : théorie et résultats empiriques dans trois populations de l’espèce auto-incompatible
Arabidopsis halleri (Brassicaceae). In XXIXème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des
Populations. Université de Poitiers, France: Communication orale.
Leducq, J.-B. 2007 What causes the decrease in reproductive success in Biscutella neustriaca (Brassicaceae), an
endangered and self-incompatible plant species ? In Young Botanist's Day. Conservatoire National
Botanique de Bailleul, France: Communication orale.
Llaurens, V., Gonthier, L., Billiard, S. & Vekemans, X. 2007 Sheltered genetic load associated to self-incompatibility
locus in Arabidopsis halleri. In The Evolution Conference. Christchurch, Nouvelle-Zélande: Communication
orale.
51
Llaurens, V., Leducq, J.-B., Billiard, S., Castric, V. & Vekemans, X. 2007 Dominance among self-incompatibility
haplotypes: models and applications in Arabidopsis halleri. In 40th Population Genetics Group Meeting.
University of Manchester, UK: Communication orale.
Noureddine, R. 2007 Que peut-on déduire de l’analyse de la diversité intraspécificité du locus S d’autoincompatibilité chez Arabidopsis halleri ? In XXIXème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des
Populations. Université de Poitiers, France: Communication orale.
Roux, F., Horton, M. & Bergelson, J. 2007 Genome-Wide Association mapping in Arabidopsis thaliana to identify
th
genes causing quantitative resistance to the pathogen Pseudomonas viridiflava. In XI Congress of the
European Society for Evolutionary Biology. Uppsala, Sweden: Communication orale.
Spilmont, N., Denis, L., Artigas, L. F., Créach, A., Desroy, N., Gevaert, F., Hubas, C., Janquin, M.-A., Lemoine, Y.,
Migné, A., Rauch, M. & Davoult, D. 2007 Impact of the Phaeocystis globosa spring bloom on the intertidal
benthic compartment in the Eastern English Channel. In Colloque final du Chantier PNEC Manche
Orientale. Wimereux, France: Communication orale.
Vekemans, X. 2007 Population structure and interspecific differentiation in a genomic region subject to strong
balancing selection in the genus Arabidopsis. In Conférence Jacques Monod in Evolutionary Genomics.
Roscoff, France: Communication orale.
Vekemans, X. 2007 Shift in mating system along the Arabidopsis thaliana lineage: genetics, timescale and mixed
mating intermediate stages. In XIth Congress of the European Society for Evolutionary Biology. Uppsala,
Suède: Communication orale.
Wagmann, K., Hautekèete, N., Piquot, Y. & Van Dijk, H. 2007 The variation in seed dormancy among Beta vulgaris
ssp. maritima populations along a latitudinal gradient: impact of environmental factors. In The Evolution
Conference. Christchurch, Nouvelle Zélande: Communication orale.
Wagmann, K., Hautekèete, N., Piquot, Y. & Van Dijk, H. 2007 The variation in seed dormancy among Beta vulgaris
ssp. maritima populations along a latitudinal gradient: impact of environmental factors. In XIth Congress of
the European Society for Evolutionary Biology. Uppsala, Suède: Communication orale.
2006
Castric, V. 2006 Bases moléculaires de la reconnaissance entre types sexuels. In Atelier de travail sur les types
sexuels (GDR ComlEvol). Université Orsay (Paris XI) , France: Communication orale.
Castric, V., Le Cam, S. & Vekemans, X. 2006 The molecular signature of frequency-dependent selection at the
self-incompatibility locus in Brassica and Arabidopsis. In Bioinformatics Research Center. Aarhus
University, Danemark: Communication orale.
Dufaÿ, M., Vaudey, V., Arnaud, J.-F. & Cuguen, J. 2006 Comment la sélection fréquence dépendance peut-elle
maintenir des cytoplasmes male-fertiles dans un espèce gynodioïque ? Résultats théoriques et
expérimentaux chez Beta vulgaris ssp. maritima. In XXVIIIème Réunion du Groupe de Biologie et
Génétique des Populations. Université de Lille 1, France: Communication orale.
Laviale, M., Créach, A. & Prygiel, J. 2006 Évaluation de l'effet de différents polluants sur les communautés
périphytiques à l'aide de la technique de mesure de fluorescence chlorophylienne en lumière modulée. In
25ème colloque de l'Association des Diatomistes de France. Caen, France: Communication orale.
LLaurens, V., Billiard, S., Castric, V. & Vekemans, X. 2006 Evolution of dominance in self-incompatibility alleles. In
PhD Workshop "Mathematics in plant biology". Wageningen, Pays-Bas: Communication orale.
Llaurens, V., Billiard, S., Leducq, J. B., Gonthier, L. & Vekemans, X. 2006 Evolution de la dominance au locus
d'auto-incompatibilité. In XXVIIIème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations.
Université de Lille 1, France: Communication orale.
Meyer, C.-L., Castric, V. & Saumitou-Laprade, P. 2006 Identification of genomic regions involved in an adaptation :
Arabidopsis halleri in heavy metal polluted areas. In Fith Metalhome Meeting. Bruxelles, Belgium:
Pauwels, M., Frérot, H., Bonnin, I. & Saumitou-Laprade, P. 2006 Evolution of Zn tolerance in the
pseudometallophyte Arabidopsis halleri subsp. halleri: phenotypic and phylogeographic approaches. In
50th Ecological Genetics Group. Aberystwyth (Wales): Communication orale.
Ruggiero, M. V. 2006 Balancing selection and hitchhiking at the self-incompatibility locus (S-Locus) in Arabidopsis
halleri. In Hörsaal Botanical Institute. Muenster, Allemagne: Communication invitée.
Ruggiero, M. V. 2006 Polymorphisme trans-spécifique et auto-stop moléculaire autour du locus d'autoincompatibilité dans le genre Arabidopsis. In 10ème reunion du GDR Génomique des populations.
Banyuls-sur-mer, France: Communication orale.
Saumitou-Laprade, P. & Willems, G. 2006 Genetic characterisation and mapping of Quantitative Trait Loci involved
in zinc tolerance and accumulation in Arabidopsis halleri subsp. halleri. In Fith Metalhome Meeting.
Bruxelles, Belgium: Communication orale.
Touzet, P. & Delph, L. F. 2006 Mitochondrial diversity and gynodioecy in Silene. In The Evolution Conference.
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Vekemans, X. 2006 The population genetics and genomics of the self-incompatibility locus in Arabidopsis halleri. In
Minisymposium in Evolutionary Biology, Zoological Institute. Basel, Suisse: Communication orale.
Villain, S., Touzet, P. & Cuguen, J. 2006 Origines génétique et géographique de Beta macrocarpa 4X aux
Canaries. In XXVIIIème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations. Université de Lille
1, France: Communication orale.
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Wagmann, K., Hautekeete, N.-C., Piquot, Y., Schmitt, E., Feutrie, C., Cousin, N. & Van Dijk, H. 2006 The waking
up of the Sleeping Beauty: variation in seed dormancy releasing factors and in germination rates among
Beta vulgaris subsp. maritima populations. In 50ème réunion de l’Ecological Genetics Group.
Aberysthwyth, Pays de Galles, UK: Communication orale.
2005
Arnaud, J.-F., Fénart, S., Cordellier, M. & Cuguen, J. 2005 Living in an agrosystem: a population genetic approach
using weed beets as a case study. In The Evolution Conference. Fairbanks, University of Alaska
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Billiard, S., Le Cam, S., V., C. & Vekemans, X. 2005 Diversité au locus d'auto-incompatibilité sporophytique en
populations structurées : résultats empiriques et théoriques. In 9éme réunion du GDR Génomique des
Populations. Paris, France: Communication orale.
Billiard, S., Llaurens, V., V., C. & Vekemans, X. 2005 Dynamics of sporophytic self-incompatibility alleles : theory
versus data. In 39th Population Genetics Group Meeting. Edimbourg, UK: Communication orale.
Castric, V., Le Cam, S. & Vekemans, X. 2005 Evolution under strong frequency-dependent selection : population
genetic structure at the self-incompatibility locus in Arabidopsis halleri. In Xth Congress of the European
Society for Evolutionary Biology. Cracow, Poland: Communication orale.
Dufaÿ, M., Touzet, P., Fougnies, L. & Cuguen, J. 2005 Gynodioecy in wild beet: How to maintain non sterile
cytotypes in populations? In The Evolution Conference. University of Alaska Fairbanks, Alaska (USA):
Fénart, S., Cordellier, M., Arnaud, J.-F. & Cuguen, J. 2005 Structuration génétique et agrosystème: le cas des
populations de betteraves mauvaises herbes. In XXVIIème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique
des Populations. Université de Bordeaux 1, France: Communication orale.
Le Cam, S., Castric, V. & Vekemans, X. 2005 Impact de la sélection fréquence-dépendante sur la structure
géographique des populations au locus d'auto-incompatibilité SRK dans les populations européennes d'A.
halleri. In XXVIIème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations. Université de Bordeaux
1, France: Communication orale.
Llaurens, V., Billiard, S., Castric, V. & Vekemans, X. 2005 Testing for frequency-dependent selection acting on
male mating success at sporophytic self-incompatibility locus. In PhD meeting in evolutionary biology.
Bordeaux, France: Communication orale.
Pauwels, M., Babled, A., Godé, C., Holl, A., Bonnin, I. & Saumitou-Laprade, P. 2005 Evolution of zinc tolerance in
Arabidopsis halleri (Brassicaceae): a phylogeographic approach usin cpDNA. In XVII International
Botanical Congress. Vienne: Communication orale.
Sarret, G., Willems, G., Manceau, A., Marcus, M. A. & Saumitou-Laprade, P. 2005 Relationships between zinc
tolerance and hyperaccumulation and zinc localization and speciation in Arabidopsis halleri. In 8th
International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements (ICOBTE). Australia: Communication
orale.
Saumitou-Laprade, P., Pauwels, M. & Willem, G. 2005 Génétique et évolution de l'adaptation aux environnements
pollués par les métaux lourds chez Arabidopsis halleri. In 4ème école thématique de Biologie Végétale:
Biologie Intégrative. Batz sur Mer, France: Communication orale.
Saumitou-Laprade, P. & Willems, G. 2005 Genetic characterisation and mapping of Quantitative Trait Loci involved
in zinc tolerance and accumulation in Arabidopsis halleri subsp. halleri. In Fourth Metalhome Meeting. Gyf
sur Yvette, France: Communication orale.
Vekemans, X. 2005 Population and molecular evolutionary genetics of the self-incompatibility system in
Arabidopsis halleri. In Institute for Biodiversity and Ecosytem Dynamics, University of Amsterdam.
Amsterdam, Pays-Bas: Communication invitée.
Vekemans, X. 2005 Quand et comment Arabidopsis thaliana est-elle devenue autogame? Tentatives de réponses
à partir de l'analyse du polymorphisme moléculaire dans la région du locus d'auto-incompatibilité. In
Séminaires de l'Institut des Sciences de l'Évolution. Université de Montpellier II, Montpellier, France:
Communication invitée.
Wagmann, K., Hautekeete, N.-C., Van Inghelandt, S., Piquot, Y. & Van Dijk, H. 2005 Dormance et dispersion chez
la betterave maritime Beta vulgaris ssp. maritima. In XXVIIème Réunion du Groupe de Biologie et
Génétique des Populations. Université de Bordeaux 1, France: Communication orale.
Wagmann, K., Hautekeete, N.-C., Van Inghelandt, S., Piquot, Y. & Van Dijk, H. 2005 Dormancy and dispersal in
sea beet Beta vulgaris ssp. maritima. In 11th European Meeting of PhD Student in Evolutionary Ecology.
Bordeaux, France: Communication orale.
Willems, G., Godé, C., Krämer, U., Verbruggen, N. & Saumitou-Laprade, P. 2005 QTL mapping of zinc and
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sustainable land use management and improve food safety". Working group 2: "exploiting "-omics"
approaches in phytotechnologies. Pisa, Italie: Communication orale.
Willems, G. & Saumitou-Laprade, P. 2005 Genetic characterisation and mapping of Quantitative Trait Loci involved
in zinc tolerance and accumulation in Arabidopsis halleri subsp. halleri. In Third Metalhome Meeting.
Oxford, UK: Communication orale.
2004
53
Castric, V., Schierup, M. H., Charlesworth, D. & Vekemans, X. 2004 Identification of the targets of balancing
selection through analyses of trans-specific polymorphisms at the self-incompatibility gene SRK in the
genus Arabidopsis. In Genomes and Evolution. Pennsylvania State University, USA: Communication orale.
Castric, V. & Vekemans, X. 2004 Polymorphisme trans-spécifique et cibles de la sélection balancée au locus
d’auto-incompatibilité chez Arabidopsis. In Réunion du groupe de travail en Evolution Moléculaire
(EvolMol). Ecole Normale Supérieure, Paris, France: Communication orale.
Castric, V., Vekemans, X., Schierup, M. H. & Charlesworth, D. 2004 Identification of the targets of balancing
selection through analyses of trans-specific polymorphisms at the self-incompatibility gene SRK in the
genus Arabidopsis. In The Evolution Conference. Fort Collins, Colorado State University, Colorado, USA:
Fievet, V., Touzet, P., Arnaud, J.-F. & Cuguen, J. 2004 Les courants marins influencent-ils la structure génétique
de la betterave maritime (Beta vulgaris ssp. maritima) ? In XXVIème Réunion du Groupe de Biologie et
Génétique des Populations. Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris, France: Communication orale.
Touzet, P., Fénart, S., Fievet, V. & Cuguen, J. 2004 Dynamics of gynodioecy in wild beet. In The Evolution
Conference. Fort Collins, Colorado State University, Colorado, USA: Communication orale.
Touzet, P., Fénart, S., Fievet, V. & Cuguen, J. 2004 A "state of the art" of gynodioecy in wild beet. In Workshop
"Gender transitions from hermaphroditism to gonochorism and back". Haus Humboldtstein, Allemagne:
Vekemans, X. 2004 Analysis of AFLP data in population studies. In Séminaire du Limburgs Universitair Centrum.
Hasselt, Belgique: Communication invitée.
Vekemans, X. 2004 Recherche d'une signature de sélection balancée autour du locus d'auto-incompatibilité chez
Arabidopsis halleri. In GDR 1928 "Génomique des Populations". Muséum National d'Histoire Naturelle,
Paris, France: Communication orale.
Willems, G. & Saumitou-Laprade, P. 2004 Genetic characterisation and mapping of Quantitative Trait Loci involved
in zinc tolerance and accumulation in Arabidopsis halleri subsp. halleri. In Second Metalhome Meeting.
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2008
Amiard-Triquet, C., Berthe, T., Chevalier, E., Créach, A., Denis, F., Gevaert, F., Petit, A. & Mouneyrac, C. 2008
Tolerance in biota (bacteria, microphytobenthos, polychaete worms) from a multipolluted estuary. In 5th
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Communication affichée.
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de Tuebingen, Allemagne: Communication affichée.
Darracq, A., Varré, J.-S. & Touzet, P. 2008 Evolution of the mitochondrial genome in maize. A comparative
genomic study at the intra-specific level. In XXth International Congress of Genetics. Berlin, Allemagne:
Gervais, C. 2008 L'émergence de nouveaux allèles d'auto-incompatiblité en sympatrie : un mystère enfin résolu ?
In XXème Réunion annuelle du Groupe de Biologie et Génétique des Populations. Agrocampus Ouest Rennes, France: Communication affichée.
Leducq, J.-B. 2008 Etude expérimentale de l'effet S-Allee chez Biscutella neustriaca (Brassicaceae). In XXème
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France: Communication affichée.
Meyer, C.-L., Castric, V., Vitalis, R. & Saumitou-Laprade, P. 2008 A genome scan approach to identify genes
involved in heavy metral tolerance in Arabidopsis halleri. In XX International Congress of Genetics. Berlin,
Allemagne: Communication affichée.
Meyer, C.-L., Castric, V., Vitalis, R. & Saumitou-Laprade, P. 2008 A population genomic analysis to dectect
divergent selection among metallicolous and non metallicolous population of Arabidopsis halleri. In XX
International Congress of Genetics (ICG). Berlin, Allemagne: Communication affichée.
Pauwels, M., Ruggiero, M. V., Roux, C., Castric, V. & Vekemans, X. 2008 How large is the genomic region linked
to the self-incompatibility locus in Arabidopsis halleri? In Annual Meeting of the Society for Molecular
Biology and Evolution. Barcelona, Espagne: Communication affichée.
Siniarski, C. 2008 Structure génétique chez Biscutella neustriaca (Brassicacea), une plante auto-incompatible
menacée d'extinction. Implications pour sa conservation in situ. In XXème Réunion annuelle du Groupe de
Biologie et Génétique des Populations. Agrocampus Ouest - Rennes, France: Communication affichée.
Vekemans, X., Castric, V., Bechsgaard, J. & Schierup, M. H. 2008 Repeated adaptive introgression at a gene
under multiallelic balancing selection. In Annual Meeting of the Society for Molecular Biology and Evolution.
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Vilhjalmsson, B. J., Atwell, S., Willems, G., Huang, Y., Tarone, A., Jiang, R., C., T., HU, T., Meng, D., Li, Y., Zhang,
X., Clarck, R. M., Aranzana, M. J., Zhao, K., Lee, C.-C., Jung, H., Brachi, B., Faure, N., Baxter, I., Salt, D.
E., Jones, J., Roux, F., Horton, M., Shindo, C., Lister, C., Platt, A., Dean, C., Ecker, J. R., Weigel, D.,
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2007
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level: the weed beet as a case study. In 70th International Institute for Beet Research Congress.
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Billiard, S. & Llaurens, V. 2007 Causes of dominance relationships patterns in Sporophytic Self-Incompatibility
systems in plants: modifier or not? In Conférence Jacques Monod "Evolutionary Genomics". Roscoff,
France: Communication affichée.
Brachi, B., Dufaÿ, M. & Touzet, P. 2007 La gynodiœcie chez Silene nutans. Dépression de consanguinité et
gynomonoecie. In XXIXème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations. Université de
Poitiers, France: Communication affichée.
Le Cadre, S., Brachi, B., Van Rossum, F. & Touzet, P. 2007 Phylogeography and postglacial recolonisation of
Silene nutans (Caryophyllaceae) in Europe: presentation of the project. In Symposium "Phylogeography
and Conservation of Postglacial Relicts". MNHN, Luxembourg: Communication affichée.
Leducq, J.-B. 2007 Effets de la fragmentation sur le succès reproducteur d’une espèce auto-incompatible menacée
d’extinction : Biscutella neustriaca. Objectifs et résultats préliminaires. In XXIXème Réunion du Groupe de
Biologie et Génétique des Populations. Université de Poitiers, France: Communication affichée.
Llaurens, V. & Billiard, S. 2007 Causes of dominance relationships patterns in Sporophytic Self-Incompatibility
systems in plants: modifier or not? In XIth Congress of the European Society for Evolutionary Biology.
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Monod in Evolutionary Genomics. Roscoff, France: Communication affichée.
Van Dijk, H. 2007 Artificial selection for flowering date in the iteroparous perennial plant Beta vulgaris subsp.
th
maritima (sea beet): an analysis of the underlying mechanisms. In XI Congress of the European Society
for Evolutionary Biology. Uppsala, Sweden: Communication affichée.
2006
De Cauwer, I., Arnaud, J.-F., Dufaÿ, M. & Cuguen, J. 2006 Étude de la structuration génétique en liaison avec la
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Organisation spatiale de la diversité génétique. In XXVIIIème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique
des Populations. Université de Lille 1, France: Communication affichée.
De Cauwer, I., Arnaud, J.-F., Dufaÿ, M. & Cuguen, J. 2006 Étude de la structuration génétique en liaison avec la
gynodioécie dans une population naturelle de betteraves maritimes, Beta vulgaris ssp. maritima. II –
Dispersion du pollen et succès reproducteur mâle. In XXVIIIème Réunion du Groupe de Biologie et
Génétique des Populations. Université de Lille 1, France: Communication affichée.
Meyer, C.-L., Castric, V. & Saumitou-Laprade, P. 2006 Importance de l’échantillonnage dans l’identification par
criblage génomique des régions impliquées dans une adaptation : La variation de la tolérance au zinc chez
ème
Arabidopsis halleri (Brassicaceae). In 28
réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations.
Université de Lille 1, France: Communication affichée.
Meyer, C.-L., Castric, V. & Saumitou-Laprade, P. 2006 Recent adaptation to highly polluted areas in Arabidopsis
halleri (Brassicaceae). In EMBO practical course : Statistical methods for the identification of genes under
natural selection. Helsinki, Finland: Communication affichée.
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Castric, V., Schierup, M. H., Bechsgaard, J., Le Cam, S. & Vekemans, X. 2005 Evolution under strong balancing
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Arabidopsis Research Conference. Madison, USA: Communication affichée.
Faucon, M.-P., Willems, G., Frérot, H. & Saumitou-Laprade, P. 2005 Etude de l’architecture génétique de
l’hyperaccumulation du zinc chez Arabidopsis halleri subsp. halleri. In XXVIIème réunion du Groupe de
Biologie et Génétique des Populations. Université de Bordeaux 1, France: Communication affichée.
Llaurens, V., Billiard, S., Castric, V. & Vekemans, X. 2005 Testing for frequency-dependent selection acting on
male mating success at the sporophytic self-incompatibility locus. In ESEB. Cracovie, Pologne:
Llaurens, V. & Vekemans, X. 2005 Mating patterns in a self-incompatible species. In 39th Population Genetics
Group Meeting. Édimbourg, Écosse: Communication affichée.
Meyer, C.-L., Amsellem, L., Pauwels, M. & Saumitou-Laprade, P. 2005 Étude de l’adaptation aux milieux pollués
par le zinc chez Arabidopsis arenosa (Brassicaceae) : caractérisation phénotypique (tolérance /
ème
accumulation) et origine évolutive . In 28
réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations.
Université de Bordeaux 1, France: Communication affichée.
55
Pauwels, M., Bonnin, I. & Saumitou-Laprade, P. 2005 Evolution of zinc tolerance in Arabidopsis halleri
th
(Brassicaceae). In X Congress of the European Society for Evolutionary Biology. Cracow, Poland:
Ruggiero, M. V., Jacquemin, B., Castric, V. & Vekemans, X. 2005 Hitchhiking effects associated to the selfincompatibility locus (S-Locus) in Arabidopsis halleri. In 16th International Conference on Arabidopsis
Research. University of Wisconsin, Madison, USA: Communication affichée.
Ruggiero, M. V., Jacquemin, B., Castric, V. & Vekemans, X. 2005 Hitchhiking effects associated to the selfth
incompatibility locus (S-Locus) in Arabidopsis halleri. In X Congress of the European Society for
Evolutionary Biology. Cracow, Poland: Communication affichée.
2004
Arnaud, J.-F., Fénart, S., Touzet, P. & Cuguen, J. 2004 Crop-to-wild gene flow in the Beta vulgaris complex: the
case of the French seed production area. In The Evolution Conference Fort Collins, Colorado State
University, Colorado, USA: Communication affichée.
Castric, V. & Vekemans, X. 2004 Evolutionary processes at a gene under strong balancing selection: the selfincompatibility locus in the genus Arabidopsis. In Gordon Conference on Molecular Evolution. Ventura, CA,
USA: Communication affichée.
Cordellier, M., Fénart, S., Arnaud, J.-F. & Cuguen, J. 2004 Structure génétique intra et inter parcellaires des
populations de betteraves mauvaises herbes dans la zone de production de betterave sucrière. In
XXVIème Réunion du Groupe de Biologie et Génétique des Populations. Muséum National d’Histoire
Naturelle, Paris, France: Communication affichée.
Fievet, V., Touzet, P., Arnaud, J.-F. & Cuguen, J. 2004 Do marine currents shape the genetic structure in the wild
sea beet (Beta vulgaris ssp. maritima)? In The Evolution Conference. Fort Collins, Colorado State
University, Colorado, USA: Communication affichée.
Pauwels, M., Babled, A., Fournier, S., Petit, D., Bonnin, I. & Saumitou-Laprade, P. 2004 Does Zn exposure recent
history interfere with the role of quaternary climatic changes in European pseudo-metallophyte plant
species phylogeography? The Arabidopsis halleri testimony. In "THE QUATERNARY LEGACY" Workshop.
Lisbonne, Portugal: Communication affichée.
OS : Ouvrages scientifiques (ou chapitres de ces ouvrages)
Amiard-Triquet, C., Berthe, T., Créach, A., Denis, F., Duron, C., Gévaert, F., Mouneyrac, C., Petit, A. & Ramond,
J.-P. sous presse. Tolerance in organisms chronically exposed to estuarine pollution. In A comprehensive
methodology for the assessment of the health status of estuarine ecosystems: CRC Press/ Taylor and
Francis.
Lemoine, Y., Rmiki, N.-E., Créach, A., Rachidi, J. & Schoefs, B. 2008 Cytoplasmic accumulation of astaxanthin by
the green alga Haematococcus pluvialis (flotow). In Plant Cell Compartments - Selected Topics (ed. B.
Schoefs), pp. 251-284. Kerala, India: Research SignPost.
Budar, F., Touzet, P. & Pelletier, G. 2006 Cytoplasmic male sterility. In Flowering and its manipulation, Annual
Plant Reviews, vol 20 (ed. C. Ainsworth), pp. 147-180: Blackwell Publishing.
Cuguen, J., Arnaud, J.-F., Delescluse, M. & Viard, F. 2005 Gene flow within the Beta species complex: genetic
diversity of weed and wild sea beet populations within the French sugar beet production area. In Advances
in Sugar beet Research, vol. 6 (ed. J. Pidgeon, M. M. Molard, J. D. A. Wevers & R. Beckers), pp. 103-115.
Brussels, Belgium: International Institute for Beet Research.
Cuguen, J., Arnaud, J.-F., Delescluse, M. & Viard, F. 2004 Crop-wild interaction within the Beta vulgaris complex: a
comparative analysis of genetic diversity between sea beet and weed beet populations within the French
sugarbeet production area. In Introgression from Genetically Modified Plants into Wild Relatives (ed. H. C.
M. Den Nijs, D. Bartsch & J. Sweet), pp. 183-201. Oxfordshire, UK: CABI Publishers, Inc.
Van Dijk, H. 2004 Gene exchange between wild and crop in Beta vulgaris: how easy is hybridization and what will
happen in later generations? In Introgression from Genetically Modified Plants into Wild Relatives and its
Consequences (ed. H. C. M. Den Nijs, D. Bartsch & J. Sweet), pp. 53-69. Oxfordshire, UK: CABI
publishers, Inc.
OV : Ouvrages de vulgarisation (ou chapitres de ces ouvrages)
—
DO : Directions d’ouvrages
—
ème
AP : Autres publications : mémoires de Master 2
année (ex. D.E.A.)
Dambrine, B. 2008 Architecture génétique de la tolérance au zinc chez Arabidopsis halleri (Brassicaceae). Master
Environnement 2 ème année "Diagnostic biologique des pollutions et bioremédiation". Lille: Université des
Sciences et Technologies de Lille 1.
56
Gervais, C. 2008 L'émergence de nouveaux allèles d'auto-incompatibilité en sympatrie : un mystère enfin résolu ?
Master Environnement 2 ème année "Génétique, Écologie et Évolution". Lille: Université des Sciences et
Technologies de Lille 1.
Goubet, P. 2008 Effet de la sélection naturelle sur la répartition géographique des allèles à un locus d'autoincompatibilité sporophytique : approches empiriques et théoriques. Master Environnement 2 ème année
"Génétique, Écologie et Évolution". Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Hornoy, B. 2008 Variation spatio-temporelle de la diversité génétique chez une espèce gynodioïque. Master
Environnement 2 ème année "Génétique, Écologie et Évolution". Lille: Université des Sciences et
Mutschler, E. 2008 Origines et invasions des espèces du complexe de Senecio inaequidens (Asteraceae). Master
Environnement 2 ème année "Génétique, Écologie et Évolution". Lille: Université des Sciences et
Siniarski, C. 2008 Structure génétique chez Biscutella neustriaca (Brassicaceae), une plante auto-incompatible
menacée d'extinction. Implications pour sa conservation in situ. Master Environnement 2 ème année
"Génétique, Écologie et Évolution". Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Brachi, B. 2007 La gynodioécie chez Silene nutans. Diversité mitochondriale, dépression de consanguinité,
avantage femelle et gynomonoécie. Master Environnement 2 ème année "Génétique, Ecologie et
Evolution". Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Dorville, L. 2007 Localités d’origine et points d’introduction d’une plante invasive en Europe Occidentale : Senecio
inaequidens (Asteraceae). Master Environnement 2 ème année "Génétique, Ecologie et Evolution". Lille:
Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Gonthier, L. 2007 Le mystère du locus S… Existe-t-il un fardeau lié ? Master Environnement 2 ème année
"Génétique, Ecologie et Evolution". Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Nouredinne, R. 2007 Que peut-on déduire de l'analyse de la diversité intra-spécificité du locus S d'autoincompatibilité chez Arabidopsis halleri. Master Environnement 2 ème année "Génétique, Ecologie et
Evolution". Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Peynen, M. 2007 Effet de l'apport du cuivre sur la physiologie de microalgues issues de la Deûle. Master
Environnement 2 ème année "Diagnostic biologique des pollutions et bioremédiation". Lille: Université des
Traoré, S. N. 2007 Caractérisation par mesures morphologique et physiologique du niveau de tolérance au zinc de
trois populations d'Arabidopsis halleri (Brassicaceae). Master Environnement 2 ème année "Génétique,
Ecologie et Evolution". Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
De Cauwer, I. 2006 Etude de la structuration génétique et analyse du succès reproducteur en liaison avec la
gynodioécie dans une population naturelle de betteraves maritimes, Beta vulgaris ssp. maritima. Master 2
BioPalOc. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Fourdrigniez, M. 2006 Evolution de la dispersion des glomérules chez la Betterave maritime (Beta vulgaris ssp.
maritima). Master 2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Grenier, S. 2006 Qu'apprend-t-on de l'analyse du polymorphisme au sein des spécificités au locus d'autoincompatibilité SRK ? Master 2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Leducq, J.-B. 2006 Influence de la sélection fréquence-dépendante sur la structure génétique spatiale chez A.
halleri. Master 2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Leroy, B. 2006 Modèle d’optimisation de l’allocation des ressources chez Beta vulgaris ssp maritima : fitness des
plantes "dormantes" et "non dormantes". Master 2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences et
Quintaine, T. 2006 Reconstitution phylogéographique d'Arabidopsis arenosa (Brassicaceae) à l'aide de la méthode
ecotilling : mieux comprendre l'origine évolutive de la tolérance au zinc chez quelques populations. Master
2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Suisse, T. 2006 Phylogénie d’une espèce menacée : Liparis loeselii (Orchidaceae). Master 2 BioPalOc. Lille:
Vaudey, V. 2006 Composantes de la variation de la fitness mâle et femelles chez une espèce gynodioïque : Beta
vulgaris ssp. maritima. Master 2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Ballenghien, M. 2005 Structuration spatiale du polymorphisme cyto-nucléaire le long des côtes de la Manche :
impact de l'hydrodynamisme dans la dispersion des graines chez Beta vulgaris ssp. maritima. Master 2
Faucon, M.-P. 2005 Etude de la génétique de l'hyperaccumulation du zinc chez Arabidopsis halleri (Brassicaceae).
Master 2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Le Cam, S. 2005 Etude de la structure geographique de la variabilité génétique au locus d'auto-incompatibilité
dans les populations européennes d'Arabidopsis halleri. Master 2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences
et Technologies de Lille 1.
Meyer, C.-L. 2005 Vers une meilleure connaissance de la tolérance et de l'accumulation du zinc chez l'espèce
Arabidopsis arenosa (Brassicaceae) : Caractérisation phénotypique et origine évolutive. Master 2
Van Inghelandt, S. 2005 Dispersion des glomérules de betterave maritime (Beta vulgaris ssp. maritima) par les
courants marins. Master 2 BioPalOc. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
57
Babled, A. 2004 Etude phylogeographique et phylogénétique d'Arabidopsis halleri, espèce tolérante au zinc. DEA
Biodiversité et Ecosystèmes Fossiles et Actuels. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Cordellier, M. 2004 Structure génétique intra et inter parcellaire des populations de betteraves mauvaises herbes
dans la zone de production de betterave sucrière. DEA Biodiversité et Ecosystèmes Fossiles et Actuels.
Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Jacquemin, B. 2004 Influence du locus d'auto-incompatibilité sur le polymorphisme moléculaire dans les zones
chromosomiques voisines chez Arabidopsis halleri. DEA Biodiversité et Ecosystèmes Fossiles et Actuels.
Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Pillon, Y. 2004 Biologie des populations d'une orchidée menacée, Liparis loeselii. DEA Biodiversité et Ecosystèmes
Fossiles et Actuels. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Villain, S. 2004 Etude de la diversité nucléotidique cytoplasmique dans la section Beta. DEA Biodiversité et
Ecosystèmes Fossiles et Actuels. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Wagmann, K. 2004 La dormance des graines chez Beta vulgaris ssp. maritima : importances écologiques et
démographiques. DEA Biodiversité et Ecosystèmes Fossiles et Actuels. Lille: Université des Sciences et
TH : Thèses soutenues et Habilitations à diriger des Recherches (H.D.R.)
Laviale, M. 2008 Effets des polluants sur les communautés périphytiques naturelles : apport des mesures de
fluorescence chlorophyllienne en lumière modulée (PAM). Thèse de Doctorat. Lille: Université des
Wagmann, K. 2008 La dispersion des graines dans le temps (dormance) et dans l’espace chez la betterave
maritime (Beta vulgaris ssp. maritima) : quel potentiel évolutif pour répondre au changement climatique
global ? Thèse de Doctorat. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Llaurens, V. 2007 Mise en évidence des forces évolutives agissant au locus d'auto-incompatibilité chez
Arabidopsis halleri. Thèse de Doctorat. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Villain, S. 2007 Histoire évolutive de la section Beta : mise en évidence des phénomènes d'hybridation et de
spéciation au sein de la Section dans le bassin méditerranéen. Thèse de Doctorat. Lille: Université des
Fénart, S. 2006 Dynamique spatiale et temporelle des populations de betteraves mauvaises herbes (Beta vulgaris
ssp.). Implications possibles dans la dissémination de transgènes. Thèse de Doctorat. Lille: Université des
Pauwels, M. 2006 Origine et évolution de la tolérance au zinc chez Arabidopsis halleri (Brassicaceae). Approches
phénotypiques et génétiques. Thèse de Doctorat. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
Willems, G. 2006 Characterisation of zinc and cadmium tolerance in Arabidopsis halleri. Thèse de Doctorat. Lille:
Touzet, P. 2005 Évolution des systèmes de reproduction et des génomes chez les angiospermes : le cas de la
gynodiœcie. Exemples choisis chez la betterave, les silènes et la ravenelle. Habilitation à Diriger des
Recherches. Lille: Université des Sciences et Technologies de Lille 1.
58
3 – Enseignement et formation par la recherche, information et
culture scientifique et technique
Importance de la formation par la recherche dans l’unité
La formation par la recherche occupe une place particulièrement importante au sein de l'unité. Le personnel de
notre unité est investi de manière importante dans les activités pédagogiques et de formation à travers la
responsabilité de diverses Unités d'Enseignements de licence et master, mais plus encore par la responsabilité de
filières de formation. Nous avons été moteurs dans la rénovation des enseignements au cours de la réforme LMD
dans le domaine de la biologie des populations et de l'écologie. Nous avons mis en place plusieurs formations:
en octobre 2000 un DEA centré sur l'étude de la biodiversité, en partenariat avec les autres unités de
l'université impliquée sur ce thème. Cette formation a évolué en fonction de la réforme LMD et est
proposée pour le prochain contrat sous la forme d'une mention de master "écologie" qui devrait permettre
une meilleure visibilité de nos compétences au sein des sciences de l'environnement (responsable Xavier
Vekemans). Chaque année, une demi-douzaine d'étudiants de M2 de cette formation réalisent leur stage
de recherche de longue durée au sein de l'unité.
Le laboratoire est aussi très impliqué dans la vie doctorale de l'ED 104 Sciences de la matière, du
rayonnement et de l'environnement dont J Cuguen en est le directeur adjoint depuis 2007 et responsable
de la filière doctorale Géosciences, Ecologie, Paléontologie, Océanographie (GEPO).
Cette forte implication dans la formation de master et l'école doctorale porte ses fruits puisque depuis nous avons
ainsi pu accueillir en moyenne au cours du contrat quadriennal deux à trois nouveaux doctorants par an.
Plusieurs membres de l'unité occupent des responsabilités importantes dans le dispositif de formation.
L3 Licence de biologie des organismes et des populations (président de jury P. de Laguérie)
Master Environnement (président de jury H Van Dijk, futur Xavier Vekemans)
M2 Spécialité Recherche Biodiversité et Ecosystèmes Continentaux et Marins (resp. Joël Cuguen)
M2
Parcours recherche (resp. Pascal Touzet)
M2
Parcours professionnalisant (resp. Y Piquot, N Hautekeete)
59
60
4 – Action de formation permanente des personnels de l’unité
Les principaux outils nécessaires à la réalisation de nos programmes de recherches concernent les techniques de
génomique structurale et d'analyse du polymorphisme via des marqueurs moléculaires, la modélisation
mathématique, l'analyse statistique et les techniques de cultures associées aux modèles biologiques étudiés.
La gestion des contrats est aussi un poste important de nos activités. La bonne utilisation des outils de gestion et
le respect des règles liées l’utilisation des fonds publics requièrent également une formation adaptée pour les
agents concernés.
Bilan des formations suivies par les personnels de l’unité
Bilan des formations suivies par les personnels de l'unité
Prénom-Nom
Employeur
organisateur(financeur) Catégorie
Intitulé de stage
type
dates
durée
Biologie
21 au 25/11/05
5j
RH
20 et 21/06/05
22 et 23/09/05
6/9/05
13/10/05
20/10/05
03 au 07/10/05
1/2/05
21 et 22/11/05
01 et 02/12/05
16/6/05
7/6/05
2j
2j
1j
1j
1j
5j
1j
2j
2j
1J
1/2j
2005
Cécile GODE
CNRS
Université de toulouse (CNRS)
T
Cécile GODE
CNRS
CNRS
T
Analyses Bioinformatiques, homologies
de séquences, bases de données
Préparation aux concours internes
Cécile GODE
Anne-Catherine HOLL
Anne-Catherine HOLL
Anne-Catherine HOLL
Anne-Catherine HOLL
Muriel FIKRY
CNRS
USTL
USTL
USTL
USTL
CNRS
Croix rouge (CNRS)
CNRS
CNRS
Université d'automne (Paris 7)
USTL
USTL
T
T
T
T
IE
Recyclage SST
Formation L2
Lutte contre l'incendie
PCR en temps réel
Préparation concours classe exceptionnelle
Animer une équipe
H&S
H&S
H&S
Bio
RH
Mangement
Muriel FIKRY
Sylvie FLOUREZ
CNRS
USTL
INSERM
APAVE (USTL)
IE
T
Formation L2
Conduite d'autoclave
H&S
H&S
Adeline COURSEAUX
CDD
ASFIS
T
Michèle DELECOURT
Michèle DELECOURT
Cécile GODE
USTL
USTL
CNRS
CNRS
CNRS
ASFIS (CNRS)
ADT
ADT
T
Cécile GODE
Jacky GRIMONPREZ
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
CNRS
USTL
CNRS
CNRS
ASFIS (CNRS)
USTL
IRA
IRA
T
ADT
IE
IE
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
IRA
IRA
IRA
IRA
IRA
CNRS
CNRS
CNRS
IE
IE
IE
IE
IE
IE
IE
IE
Sylvain BILLIARD
Nathalie FAURE
Nathalie FAURE
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Muriel FIKRY
Hélène FREROT
Hélène FREROT
Maxime PAUW ELS
Nancy ROOSENS
Fabrice ROUX
USTL
USTL
USTL
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
CNRS
USTL
USTL
USTL
CNRS
CNRS
CNRS
USTL
CNRS
CNRS
MCF
IE
IE
IE
INSERM
IRA
IRA
IRA
IRA
IRA
EISG
CNRS
CNRS
EISG
EISG
IE
IE
IE
IE
IE
IE
MCF
MCF
MCF
Post Doc
CR
Adeline COURSEAUX
Adeline COURSEAUX
Isabelle DE CAUWER
Jean-Benoît LEDUCQ
USTL
USTL
USTL
USTL
CNRS
CNRS
Doctorant
Doctorant
Doctorant
Doctorant
2006
Biotechnologies végétales perfectionnement
Biologie
04 et 05/04/06
sélection de variétés par marqueurs
Outil de réservation en ligne
Gestion
27/11/06
Xlab V6 pour BFC
Gestion
30/11et 01/12/06
Biotechnologies végétales perfectionnement
Biologie
04 et 05/04/06
sélection de variétés par marqueurs
SST recyclage
H&S
7/9/06
Gestionnaire de parc informatique
Informatique
01/10/2006
La GEPEEC
RH
23 et 24/03/06
Fiche mission/profil de poste
RH
9/5/06
référentiel de compétences
la LOLF
Gestion
11/5/06
les principes de bases de la comptabilité publique Gestion
18 et 19/05/06
Comment travailler en mode projet
Management 11-12-25-26/09/06
Coaching individuel et déquipe
Management 02-13/10 et 09/11/06
Elaborer des fiches de procédures
Mangement
04-05/12/06
Xlab V6 pour BFC
Gestion
30/11 et 01/12/06
La LOLF le CNRS et vous
Gestion
21/12/06
Outil de réservatin en ligne
Gestion
27/11/06
2j
1j
2j
2j
1/2j
1j
2j
2j
1j
2j
4j
3j
2j
2j
1j
1j
2007
Statistiques -petits échantillons
SST Initiation
Connaissances de bases en statistiques
Suivi administration et financier des projets
du 7eme programme cadre
Formation à l'encadrement
Animation d'une réunion
gestion des entretiens
dynamisation des équipes
Gestion des conflits
Organisation du temps
QTL mapping
QTL mapping
QTL mapping
Statistiques
H&S
Statistiques
Gestion
28 au 30/11/07
23 et 30/01/07
19 au 21/09/07
23/10/07
3j
2x1/2j
3j
1j
Management
Management
Management
Management
Management
Management
Biologie
Statistiques
Statistiques
Biologie
Biologie
12-13/04/07
10/5/07
7/6/07
4/10/07
8/11/07
6/12/07
05au 07/09/07
28 au 30/11/07
28 au 30/11/07
05au 07/09/07
05au 07/09/07
7j
1j
1j
1j
1j
1j
3j
3j
3j
3j
3j
RH
RH
Biologie
Biologie
28-29/02/08
24-25/04/08
9 au 14/09/08
9 au 14/09/08
2j
2j
6j
6j
2008
Conservation Genetics data analyses
Conservation Genetics data analyses
Bilan des formations dispensées par les personnels de l’unité
Le laboratoire participe activement à l'encadrement de doctorants et accueille des post-doctorants et
visiteurs/stagiaires (bourses CEE, échange bilatéraux pour des durées allant de quelques semaines à plusieurs
mois. Notre laboratoire participe à la formation des gestionnaires de la délégation régionale du CNRS dans le
cadre de l'activité de formation de Muriel Fikry à la formation à l’utilisation du logiciel de gestion Xlab (4j/an).
61
62
5 – Hygiène et sécurité
A. Structure d’hygiène et de sécurité propre à l’unité (identification et fonctionnement).
Identification de l'unité :
Nom : Laboratoire de Génétique et Evolution des Populations Végétales
Département scientifique : Environnement et Développement Durable
Adresse : USTL, Bât. SN2, 59655 VILLENEUVE D'ASCQ Cedex
Directeur : Joël CUGUEN
A.C.M.O : Muriel FIKRY (membre du CSHS de la délégation régional du CNRS DR18).
Secouriste : Cécile GODE
Serre file : Muriel FIKRY, Cécile GODE
Effectif total CNRS/UNIVERSITE :
Personnel permanent CNRS (Chercheurs, ITA, ...) : 4
Autre personnel CNRS (salariés CDD et post-doc, BDI...) : 3
Personnel permanent Universitaire (Enseignants - Chercheurs, AITOS, ...) : 25
Autre personnel USTL (ATER) : 1
Autres (Etudiants DEA et Thésards...) : 12 à 14 suivant les années
Environnement sécurité extérieur au laboratoire :
Médecins de prévention : Dr. Martine SENECHAL (CNRS), Dr. Dominique CROS (Université).
Ingénieur d'Hygiène et Sécurité de l’Université : Didier DELAIN
Ingénieur régionale Hygiène et Sécurité du CNRS: Didier TERRAL.
Le laboratoire a fait l’objet d’une inspection lors de l’établissement du premier rapport H&S de l’unité en Juin
1997.
Caractéristique de l’infrastructure :
Il s’agit d’un bâtiment universitaire de plus de 30 ans d’existence. Il a fait l’objet en 2007 d’une sérieuse
réhabilitation pour la mise en conformité incendie Néanmoins, l’infrastructure vieillissante est à la source de la plus
part de nos problèmes de sécurité.
2
La surface utilisée par le laboratoire est de 2275 m de SHON.
Les techniques mises en œuvre
Ce sont essentiellement celles de la biologie moléculaire et de la chimie des acides. Les risques associés sont
exposés dans le présent document.
Fonctionnement de l’H&S au laboratoire
Il n’y a pas de comité spécial H&S. Ces questions sont traitées au fur et à mesure qu’elles se présentent lors
des réunions hebdomadaires de laboratoire.
B. Bilan des accidents et incidents survenus dans l'unité et mesures prises
Les accidents :
Nous signalons un accident du travail depuis la rédaction du dernier rapport. Il est survenu le 15 Avril 2008.
Un chercheur CNRS s’est blessé à l’œil droit avec une branche d’arbre mal élaguée. L’accident est arrivé en cours
de journée sur l’environnement situé autour des serres. L’agent a souffert de troubles de la vue nécessitant une
visite chez l’ophtalmologiste en urgence. L’accident n’a fait l’objet d’aucun arrêt de travail et il n’y a pas eu de
séquelles.
Les incidents :
Concernant les biens : Nous faisons l’objet de vols fréquents qui concernent des objets de valeur notamment
des ordinateurs portables. Les préjudices sont d’une part d’ordre matériel d’autre part d’ordre intellectuel puisque
nous déplorons la pertes d’acquisition de données (recherche et enseignement).
Concernant les personnes : Nous devons déclarer une agression survenue le 15 Mai 2007 sur un de nos
enseignants. Cette personne a été menacée à la sortie de son cours situé sur le site de l‘Université, en milieu
d’après midi, par deux individus dont un armé d’une arme de poing. L’objet de l’agression était l’ordinateur portable
que possédait l’enseignant pour l’exposé de ses cours. L’agresseur a pris le matériel et s’est enfuit. L’agression a
63
fait l’objet d’une déclaration auprès d’une part des services de police et d’autre part du secrétariat général de
l’Université.
C. Risques spécifiques rencontrés dans l’unité
Risques Chimiques : toxiques, corrosifs, nocifs, irritants, cancérogènes, mutagènes, toxiques pour la
reproduction (CMR).
Risques Biologiques :OGM (organisme génétiquement modifié), agrément de classe 1.
Risques Physiques : rayonnement laser, ambiance.
Risques d’accidents liés aux situations de travail : spécifiques à la Recherche (machines dangereuses,
explosions…) et généraux (incendie, blessures, chutes, accès …).
Risques d'accidents liés à la vétusté de l'Infrastructure : électricité, plomberie, insécurité des locaux.
D. 4. Dispositions mises en œuvre en fonction des risques. Priorités retenues
Dispositions générales :
Nous traitons les sujets d’H&S lors des réunions de l’unité qui ont lieu chaque semaine.
Le registre "Hygiène et Sécurité" est mis à la disposition de tous les membres de l'unité pour y consigner
tout ce qui a trait à la sécurité dans l'unité. Il est régulièrement tenu par l’ACMO.
Nous avons remplacé le panneau d’affichage spécifique à la sécurité pour la diffusion des informations par
courriel auprès de chaque agent quelles proviennent du CNRS ou de l’Université. Les comptes rendus des
différents CSHS sont aussi transmis par ce moyen de communication.
Des affiches signalétiques ont été installées dans chaque pièce du laboratoire indiquant précisément la
conduite à tenir en cas d’urgence.
Le port de la blouse et des gants est demandé pour les personnes travaillant en laboratoire et exigé pour le
travail aux postes à risques(CMR et OGM).
Des trousses à pharmacie d'urgence sont disponibles à chaque étage de l'unité et dans chacun des
véhicules administratifs pour les missions sur le terrain. Leur contenu sera renouvelé courant du dernier
trimestre 2008 par les services universitaires.
Un protocole d'utilisation est affiché près des appareils dangereux reprenant les consignes de sécurité à
suivre. Un responsable de maintenance est désigné pour chacun des appareils.
La signalétique des risques par affichage de pictogrammes a du être retirée pour la rénovation des couloirs
fin 2007 (travaux de peinture, changement des portes). Nous prévoyons de réinstaller nos laboratoires à
l’étage inférieur (1er) fin 2008 pour profiter d’une surface plus importante. Dans cette perspective nous
avons décidé d’attendre ce déménagement pour refaire l’affichage de la signalétique dans sa totalité.
Dispositions spécifiques :
Risques chimiques : Ce risque concerne toutes les activités du laboratoire .
Les manipulations réalisées au service de biologie moléculaire (BM) exposent les agents au risque CMR.
C’est le cas notamment lors de l’utilisation du BET (Bromure d’Ethidium).
En ce qui concerne les activités réalisées en chimie des acides pour l’extraction des métaux lourds du sol,
les risques sont liés à la toxicité des produits très corrosifs et irritants.
L’exposition au risque chimique est particulièrement expliqué lors de l’information qui est donnée pour
l’accueil des nouveaux entrants et le risque CMR est bien développé.
Nous sommes en cours de rédaction de la liste des CMR utilisés au laboratoire pour une meilleure
identification des risques.
La gestion des déchets solides et liquides est établie selon un protocole proposé par l'ACMO qui contrôle
l’identification avant le départ du laboratoire pour élimination.
Une attention particulière est portée au Bromure d'Ethidium (BET). Nous éliminons cet agent mutagène de
nos solutions avant leur rejet par rétention sur galette de charbon actif. Afin d’éviter toutes contaminations
dans les parties communes, des règles de conduite strictes ont été définies. Depuis 2006, pour diminuer le
coût lié à l’élimination des déchets BET nous séchons les gels d’agarose avant leur rejet.
Le stockage de nos solvants et alcools (en quantité limité) est fait dans des armoires de sécurité
conformes à la législation des produits inflammables d’une part salle 221 (résistance au feu 90mn) et aux
produits toxiques d’autre part salle118.
Les flacons en cours d’utilisation sont placés à +4°C et -20°C (pour raisons de nécessités de protocoles ).
Nous avons supprimé le système d’éclairage des réfrigérateurs de types ménagers que nous utilisons, afin
d’éviter tout arc électrique et par conséquent diminue le risque inflammable.
Risques biologiques
Il concerne l'utilisation de bactéries génétiquement modifiées de type E. coli recombinées par de l'ADN
végétal de plantes supérieures.
64
L’agrément du laboratoire est de classe 1 groupe 1 confinement L1. Il arrivera à terme le 9 septembre
2009. Il a été attribué pour la thématique de recherche Etude du polymorphisme de séquences du gène
d’auto-incompatibilité et de gènes liés dans le genre Arabidopsis dirigé par X. VEKEMANS.
La salle 120 qui est concernée par la réalisation de ces manipulations, est soumise à un protocole
d'utilisation particulier respectant les règles de sécurité en matière d’utilisation d'OGM notamment en ce
qui concerne le contrôle d'accès et l'élimination des déchets. Un affichage dans la pièce rappelle les
règles essentielles de sécurité.
Un service de laverie est organisé pour le nettoyage et la stérilisation de la vaisselle de ce service, ainsi
que pour la décontamination par autoclavage des milieux avant leur élimination .
La hotte à flux laminaire qui équipe la salle 120 est contrôlée par un organisme habilité chaque année
(dernier contrôle prévu en septembre 2008) qui a validé l’installation de type II.
Depuis 2002, nous disposons d’un enlèvement de déchets biologiques propre à notre bâtiment de
recherche en vue de leur incinération.
Nous prévoyons de rédiger une nouvelle demande d’agrément pour la prochaine période.
Risques physiques
Concerne les Rayonnements : il s’agit du laser qui équipe nos séquenceurs automatiques de gènes. Le
laser ne se déclenche qu’à la mise en route de l’appareil piloté par ordinateur. A ce stade la cuve est
fermée pour éviter tout risque de diffusion. Le risque est donc faible.
La Chaleur fait partie des risques physiques au laboratoire. Nous avons équipé nos laboratoires de
systèmes de climatisation pour pallier aux excès de températures dans les salles très équipées où les
personnes manipulent. Le nettoyage et la désinfection de nos systèmes en place est maintenant repris
par le marché négocié par les services universitaires.
Risques d’accidents liés aux situations de travail
La manipulation de machines dangereuses : Nous utilisons des centrifugeuses à basse vitesse. Chaque
utilisateur reçoit une formation de la part de l'utilisateur responsable. Le nom de la personne responsable
est rappelé sur un protocole affiché près de la machine et reprend les principales consignes de sécurité.
L'explosion. C’est le cas de la vapeur sous pression de notre autoclave en fonctionnement. Quatre
personnes sont habilitées à conduire l’autoclave dont une vient d’être formée (Novembre 2007). Nous
avons un seul appareil acquis en Janvier 2005. C’est un appareil à couvercle. La dernière visite
périodique de contrôle à 18 mois a eu lieu le 06 Juin 2008. R.A.S.
Le risque incendie : Il est à noter que la mise en conformité du risque incendie s’est considérablement
amélioré au cours de 2007 grâce à l’investissement de l’Université pour la mise aux normes des locaux :
changement de la centrale d’alarme incendie, cloisonnement des recoupements, installations des portes
coupe feu, révision de la signalétique…Le laboratoire a réalisé un gros effort en rationalisant son
rangement pour éliminer des parties communes (les couloirs) tout ce qui encombrait et augmentait les
risques en cas d’une éventuelle évacuation incendie.
Risques d’accidents liés à la vétusté des locaux :
L’installation électrique : Bien que le laboratoire ait investi dans la mise en sécurité électrique (pose de
différentiel 30mA, multiplications des prises pour éviter les cordons électriques…) nous sommes toujours
exposés à des disfonctionnements. Nous subissons très régulièrement des coupures de l’alimentation
générale du bâtiment pour défaut électrique sans que les causes soient toujours bien identifiées. Il semble
que la qualité du réseau du bâtiment soit mis en cause.
Le réseau de plomberie : nous devons faire face très régulièrement à des dégâts des eaux induits par le
vieillissement des conduites.
La vétusté des locaux : Nous poursuivons les demandes de rénovations de nos salles de travail auprès de
l’Université. Nous avons déposé un projet de réaménagement de notre bâtiment en novembre 2007 suite
au départ d’une unité de recherche hébergée. Nous devons récupérer l’intégralité du rez de chaussé du
bâtiment en partage avec nos collègues de l’unité INRA 1281. Cette demande doit permettre d’accéder à
des installations neuves et donc plus fiables. L’augmentation des surfaces que nous occuperons doit
améliorer notre potentiel d’accueil.
E. Formation des personnels et des nouveaux entrants
Depuis mars 2000, un "guide d'accueil du laboratoire » rédigé et actualisé par l’ACMO est donné à chaque
nouvel entrant. Dans ce document figure : les informations propres à l'unité, les règles de bonne conduite régies
notamment par le règlement intérieur de l’unité, la liste des risques encourus et les démarches à suivre en cas
d'accidents. Outre ce document les nouveaux entrants disposent de l’organigramme du laboratoire, de la liste des
personnes référentes pour ce qui concerne l’élaboration des protocoles de biologie moléculaire, un document
théorique qui reprend le risque chimique (pictogramme, phase R et S), et la liste des CMR selon l’IARC (agence
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internationale de recherche sur le cancer). Une fiche d’exposition au risque CMR est remise à chaque personne
dont le statut relève de l’Université ou du CNRS. Cette fiche est complétée par l’intéressé et remise à l’ACMO en
fin de séjour. Elle indique le niveau d’exposition au risque CMR et la période durant laquelle la personne a été
exposée durant son séjour. Ces fiches sont ensuite transmises par l’ACMO aux établissements mentionnés.
Outre la distribution de ces documents, les nouveaux entrants sont accueillis par l’ACMO lors d’une réunion
d’information et ils assistent à la visite des structures. L’ensemble de la formation à une durée d’environ deux
heures et ne comprend pas la visite de la serre qui est faite indépendamment. Au cours de cette formation, les
consignes générales de sécurité et les règles de vie de l’unité sont données ainsi que la conduite à tenir dans les
lieux à risques tels que la salle "OGM" et la salle "BET".
Depuis la dernière contractualisation, quatre vingt personnes ont été informées, qu’il s’agisse de stagiaires
temporaires, de CDD ou de doctorants.
66
PROJET
(Partie 1 : Projet scientifique)
Laboratoire de Génétique et Evolution des Populations
Végétales
UMR 8016
Octobre 2008
2
Sommaire
1 – Projet scientifique pour la période 2010-2013 .................................................................................................. 5
Identification du laboratoire ................................................................................................................................ 5
Thématique générale de l'unité ........................................................................................................................... 7
Thème 1: Dynamique évolutive de la gynodioecie: des génomes aux populations ............................................ 9
Thème 2: Evolution de l'auto-incompatibilité ...................................................................................................13
Thème 3: Génétique et évolution de l'adaptation aux environnements pollués par les métaux lourds ..........17
Thème 4: Génomique évolutive et environnementale de l’adaptation chez Arabidopsis thaliana ..................23
Thème 5: Conservation, changement global et dynamique des invasions .......................................................27
Vie collective et gouvernance de l'unité ............................................................................................................31
Politique d'animation scientifique de l'unité .....................................................................................................31
Objectifs de recrutement du laboratoire au cours du prochain contrat ...........................................................31
2 – Hygiène et sécurité ...........................................................................................................................................33
3
4
1 – Projet scientifique pour la période 2010-2013
Identification du laboratoire
Intitulé: Génétique et Evolution des Populations Végétales, UMR 8016
Directeur: Joël Cuguen (PR1)
Bâtiment SN2, UFR de Biologie
Université des Sciences et Technologies de Lille - Lille 1
59655 Villeneuve d'Ascq Cedex
Tél: 03 20 43 40 24, fax: 03 20 43 69 79
Email: [email protected]
Domaine scientifique:
Génétique, populations, écologie, évolution
Thématiques:
Adaptation, reproduction, conservation
Mots clés:
Environnement, biodiversité, écologie, évolution, populations, génome, génétique, plantes
Diversité génétique, structure spatiale, relation génotype - phénotype, sélection, écotoxicologie
Rattachements disciplinaires:
Panel ERC principal LS8: Evolutionary, population and environmental biology,
Panel ERC secondaire: LS2 Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Panel ERC secondaire: LS9 Applied life sciences and biotechnology
DSPT 10: sciences agronomiques et écologiques, RSC 1010: Biologie de l'environnement, des populations,
écologie
CNRS EDD (SDV), section 29 Biodiversité, évolution et adaptions biologiques : des macromolécules aux
communautés
CNU section 67: biologie des populations et écologie
5
Personnels statutaires de l’UMR 8016 – GEPV pour le prochain contrat
Enseignants chercheurs et
chercheurs
Laurent AMSELLEM (MCF)
Jean-François ARNAUD (MCF)
Sylvain BILLIARD (MCF)
Vincent CASTRIC (MCF)
Anne CREACH (MCF)
Joël CUGUEN (PR - directeur)
Mathilde DUFAY (MCF)
Hélène FREROT (MCF)
Nina HAUTEKEETE (MCF)
Patrick de LAGUERIE (MCF)
Yves PIQUOT (MCF)
Fabrice ROUX (CR CNRS)
Pierre SAUMITOU-LAPRADE (DR CNRS)
Pascal TOUZET (MCF)
Henk VAN DIJK (PR) (départ en retraite 2010)
Xavier VEKEMANS (PR)
Marie-Hélène BOUCHET (PRAG)
Frédéric HENDOUX (PAST)
Philippe VERNET(PREM)
ITA / BIATOS
Secrétariat / gestion
Sandrine BELINGHERI (T USTL)
Michèle DELECOURT (ADT USTL)
Muriel FIKRY-VENNIN (IE CNRS)
Maintenance
Laurence DEBACKER (AGT USTL 50%)
Jacky GRIMONPREZ (AGT USTL)
Laboratoire écologie moléculaire
Sylvie FLOUREZ (AGT USTL)
Cécile GODE (T CNRS)
Anne-Catherine HOLL (T USTL)
Serres
Angélique BOURCEAUX (T USTL)
Nathalie FAURE(IE USTL)
Eric SCHMITT (T USTL)
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Thématique générale de l'unité
Le projet scientifique de l'unité s'inscrit dans la continuité des axes de recherches mis en place lors du
présent contrat. Ce projet s'inscrit pleinement parmi les grands enjeux stratégiques du département EDD et de
l'institut INSEBDD qui doit lui succéder. Ces enjeux concernent essentiellement la dynamique de la biodiversité
dans le contexte du changement global, tant au plan génétique qu'à l'échelle des populations. Nos recherches se
déploient depuis l'analyse des génomes et des pressions évolutives qui gouvernent leur diversification et
l'apparition de propriétés émergentes telles que la stérilité mâle ou l'auto-incompatibilité, jusqu'à la biologie de la
conservation des espèces menacées ou la compréhension des propriétés écologiques et génétiques des espèces
invasives.
Notre spécificité dans le paysage de la recherche nationale et internationale réside dans notre double
expertise en matière d'évaluation de la diversité génétique neutre et sélectionnée dans les populations végétales et
d'inférence et de modélisation des processus évolutifs responsables de ces patrons de diversité.
Notre projet pour le prochain contrat se décline selon 3 axes principaux:
Génomique évolutive des systèmes de reproduction
Durant le quadriennal actuel, l’obtention de deux projets Génoscope (V. Castric ; P. Touzet) en 2006, et
l’adossement du laboratoire au PPF BioInformatique de Lille (Dir. H. Touzet) dont le laboratoire est membre
fondateur, ont permis l’essor de projets de génomique évolutive ayant pour substrat non plus des séquences
anonymes ou des gènes mais des génomes entiers ou des séquences de chromosomes. Ainsi, une thèse en codirection avec le Laboratoire de Bioinformatique de Lille a pour objectif le développement d’algorithmes permettant
de décrire l’évolution structurale à un niveau intra-spécifique du génome mitochondrial des plantes à partir de
données de séquences entières (Aude Darracq, Génoscope). De même, l’étude de l’évolution des locus d’autoincompatibilité chez Arabidopsis sera en partie abordée par des approches de génomique comparative (thèse de
Pauline Goubet ; projet Génoscope).Ces deux projets en cours sont vraisemblablement les prémisses de projets
qui dans l’avenir auront pour objet l’étude de la diversité de génomes entiers ou de fragments de chromosomes
rendue possible par le développement de technologies de séquençage à haut débit et peu coûteuses. Par
conséquent, le laboratoire, fortement impliqué dans le développement de la génomique des populations en France
(GDR 1928 Génomique des populations et génomique évolutive, directeur X. Vekemans), souhaite renforcer cette
composante dans le futur.
Parallèlement au développement d'une approche empirique à l'échelle génomique, nous souhaitons
également consolider l'utilisation de l'approche de modélisation pour l'étude de la dynamique de l'autoincompatibilité et de la gynodioecie, au travers de modèles incluant d'une manière explicite les déterminismes
moléculaires de ces systèmes génétiques. Ces deux thèmes bénéficient d'un réseau de collaboration international
(L Delph, U Indiana; M Schierup U Aarhus).
Génétique évolutive de l'adaptation
Par ailleurs, le recrutement de Fabrice Roux (CR CNRS) est venu renforcer significativement le pôle de
génétique évolutive de l'adaptation au laboratoire, par la mise en place de son programme de recherche sur les
paramètres de floraison chez Arabidopsis thaliana, au côté du thème développé par Pierre Saumitou-Laprade sur
la génétique et l’évolution de la tolérance aux métaux lourds. Ces deux thèmes, centrés sur les mécanismes
génétiques et évolutifs de l'adaptation bénéficient de l'apport des ressources génomiques d'Arabidopsis thaliana, et
d'un réseau de collaboration international (D Weigel, Max Planck Tubingen; J Bergelson, U Chicago, M Nordborg,
U Los Angeles).
Biologie de la conservation et dynamique des invasions
Ce troisième volet est transversal au laboratoire. Il fait appel aux compétences des membres de l'unité en
ce qui concerne l'écologie, l'adaptation et les variations des systèmes de reproduction. Il est réalisé en partenariat
avec le Conservatoire Botanique National de Bailleul. Il a vocation à développer des actions de transfert dans le
domaine de la gestion opérationnelle de la biodiversité.
Ces trois axes de recherche se déclineront selon 5 thèmes de recherche mis en place au cours du
quadriennal 2006-2009:
Thème 1 Dynamique évolutive de la gynodioecie: des génomes aux populations
(Resp. Pascal Touzet)
Participants: Jean-François Arnaud, Joël Cuguen, Mathilde Dufaÿ
Thème 2: Evolution de l'auto-incompatibilité
(Resp. Xavier Vekemans)
Participants: Sylvain Billiard , Vincent Castric
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Thème 3: Génétique et évolution de l'adaptation aux environnements pollués par les métaux lourds
(Resp. Pierre Saumitou-Laprade)
Participants: Anne Creach, Hélène Frérot, Patrick de Laguérie
Thème 4 Génomique évolutive et environnementale de l’adaptation chez Arabidopsis thaliana
(Resp. Fabrice Roux)
Participants: Joël Cuguen, Nathalie Faure
Thème 5: Biologie de la conservation et dynamique des invasions
(Resp. Yves Piquot et Laurent Amsellem)
Participants: Laurent Amsellem, Frédéric Hendoux, Nina Hautekèete, Yves Piquot, Xavier Vekemans
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Thème 1: Dynamique évolutive de la gynodioecie: des génomes aux
populations
La gynodiœcie est un système de reproduction qui se caractérise par la coexistence de plantes
hermaphrodites et femelles (mâle-stériles) dans les populations naturelles. Ce polymorphisme sexuel peut être
interprété comme le résultat d’un conflit génétique entre le génome mitochondrial qui produit des facteurs
stérilisants et le génome nucléaire producteur de facteurs de restauration de la fertilité mâle. Nous appuyant sur
une subvention ANR-Jeunes chercheurs (2006-2009), un projet Génoscope, deux bourses de thèse ayant débuté
en octobre 2006 et un post-doctorat, nous voulons continuer nos efforts sur la description et la compréhension de
ce système complexe non seulement sur la betterave maritime, espèce « historique » au laboratoire, mais aussi
sur les silènes, genre modèle en biologie évolutive.
Participants au Programme :
Permanents
Pascal TOUZET, MCF HDR (100 %) (Responsable du thème)
Jean-François ARNAUD, MCF (100 %) (délégation CNRS de septembre 2008 à août 2009 ; HDR prévue
décembre 2008)
Joël CUGUEN, PR (50%)
Mathilde DUFAŸ, MCF (100 %)
Doctorants
génomique comparative. Bourse MR.
Région Nord Pas de Calais.
Projet de recherche :
Ce projet soutenu par le programme ANR jeunes chercheurs 2006, s’inscrit dans une continuité
thématique, l’étude de la gynodiœcie chez la betterave maritime (Beta vulgaris ssp maritima), tout en développant
un projet innovant par la pluridisciplinarité de ses approches et l’introduction d’une nouvelle espèce modèle, Silene
nutans. Notre stratégie n’est pas de dupliquer strictement les différentes approches sur les deux espèces, mais de
construire un cadre plus général de connaissances sur la gynodiœcie, en étudiant l’impact de certains traits
d’histoire de vie sur ce système de reproduction. En effet, bien que toutes deux gynodioïques, ces deux espèces
diffèrent pour certains aspects de leur reproduction, qui affectent sans aucun doute la diversité génétique et la
dynamique de leurs populations. Notamment, tandis que la betterave maritime est auto-incompatible, Silene
nutans est partiellement autogame, ce qui nous permettra d’étudier les conséquences de l’autogamie (en termes
d’assurance reproductive, mais aussi de dépression de consanguinité) sur la gynodiœcie. Par ailleurs, Silene
nutans est entomophile (tandis que la betterave est anémophile), ce qui nous permettra d’intégrer l’influence du
comportement du pollinisateur dans nos études.
Les différentes approches proposées reposant sur les compétences complémentaires des membres du
thème sont :
- une approche de génomique évolutive, i) afin de discriminer deux scénarios du maintien de la gynodiœcie
(sélection balancée versus purge sélective/épidémie) qui doivent laisser des patrons de diversité
nucléotidique cytoplasmique contrastés ; ii) mais aussi de mieux comprendre les mécanismes
responsables de l’évolution du génome mitochondrial au niveau d’une espèce ;
- une approche de génétique des populations, puisque les flux de gènes entre populations doivent influencer
la dynamique de la gynodiœcie, et qu’en retour ce système de reproduction va avoir un effet sur
l’organisation de la diversité génétique ;
- une approche de biologie des populations, en vue de mieux comprendre à un niveau plus fin le
fonctionnement des populations gynodioïques, et de déterminer expérimentalement les différentes valeurs
de succès reproducteur (mâle et femelle) associées aux différents génotypes ;
- une approche théorique par modélisation, afin de prédire les conditions maintien de la gynodiœcie dans les
deux systèmes, d’interpréter les données empiriques et en retour de tester des scénarios plus réalistes.
Ce projet repose sur la mise en place de deux programmes de thèse qui ont débuté en octobre 2006 et
d’un post-doctorat :
9
-
-
génomique comparative. Bourse MR (Dir. P. Touzet/J-S Varré, LIFL). Projet Genoscope 2006.
Région Nord Pas de Calais (Dir. J. Cuguen/J-F Arnaud/M. Dufaÿ)
Solenn Le Cadre (04/2007-12/2008) Phylogeography and postglacial recolonisation of Silene nutans
(Caryophyllaceae) in Europe. Post-doctorat, Ministère de la culture, de l’enseignement supérieur et de la
recherche du Luxembourg.
Evolution du génome mitochondrial et impact de la gynodiœcie sur sa diversité
Nous souhaitons décrire l’évolution du génome mitochondrial, encore peu abordée à un niveau intraspécifique puis de l’étendre au niveau du genre au sein des silènes. D’autre part, nous souhaitons continuer
d’étudier l’impact de la gynodiœcie sur la diversité nucléotidique de gènes mitochondriaux afin de comprendre la
dynamique sous-jacente (sélection fréquence-dépendante négative ou balayage sélectif récurrent (épidémique)).
Pour la betterave maritime, une première généalogie a déjà été construite. Basée sur des séquences
chloroplastiques elle révèle un faible niveau de polymorphisme, qui limite la résolution du réseau haplotypique.
Néanmoins, cette généalogie chloroplastique a permis de définir les relations entre types mitochondriaux définis
auparavant par RFLP Southern (une vingtaine de types mitochondriaux chez la betterave) et en particulier a révélé
que les 4 cytoplasmes stérilisants (CMS) rencontrés chez la betterave ne sont pas dérivés les unes des autres,
mais sont apparues indépendamment à partir d’un type ancestral non stérile (Fénart et al. 2006). Le séquençage
sur des fragments chloroplastique sera étendu afin de mieux définir l’âge relatif des différents cytoplasmes. D’autre
part, 5 génomes entiers de betterave sont en cours de séquençage, 4 de Beta vulgaris ssp maritima, en addition
des 2 séquences entières de génomes déjà disponibles et le génome de Beta macrocarpa, une espèce
apparentée (Projet Genoscope ; thèse d’Aude Darracq 10/2006-9/2009). A notre connaissance ce dernier projet
n’a d’équivalent que chez une autre espèce d’angiosperme, le maïs (équipe de K. Newton, University of Missouri,
USA). Ce projet permettra de décrire l’évolution du génome mitochondrial à un niveau intraspécifique chez la
betterave et de la comparer avec celle du génome mitochondrial du maïs. Ce projet, nécessitant le développement
d’outils d’analyse spécifiques, repose sur une interaction forte avec l’équipe de Bioinformatique de Lille (thèse
d’Aude Darracq co-encadrée par Jean-Stéphane Varré, LIFL).
Pour Silene nutans, un effort important d’échantillonnage a été effectué durant le post-doctorat de Solenn
Le Cadre. L’étude de la diversité de gènes mitochondriaux et chloroplastiques en cours sur Silene nutans sera
complétée par celle de la diversité de silènes phylogénétiquement proches de Silene nutans mais non
gynodioïques, ainsi que par le séquençage de gènes nucléaires sur l’ensemble de ces espèces. Sous l’hypothèse
de sélection fréquence-dépendante négative déjà suggérée par une première étude en collaboration avec le
Professeur Lynda Delph de l’Indiana University sur un échantillon de silènes variant pour le système de
reproduction, dont Silene nutans (Touzet & Delph in review), il est attendu que Silene nutans soit plus variable que
les autres silènes non gynodioïques au niveau des séquences cytoplasmiques, et à démographie équivalente, qu’il
manifeste une diversité équivalente au niveau nucléaire.
D’autre part en coordination avec des équipes américaines (Jeffrey Palmer et Lynda Delph, Indiana
University ; Doug Taylor, Virginia University ; Dave McCauley, Vanderbilt University) nous souhaitons entreprendre
le séquençage de génomes mitochondriaux entiers de plusieurs espèces de silènes afin d’étudier : l’effet du
système de reproduction sur la diversité nucléotidique neutre et sélectionnée, la variation du taux de mutation
mitochondriale entre espèces (récemment démontré comme variable chez les silènes - Mower, Touzet et al. BMC
Evol Biol 2007) et la conséquence de cette variation sur la structure du génome (taille du génome, nature et
fréquence des réarrangements).
Flux de gènes et dynamique de la gynodiœcie au niveau de la population
L’objectif de ce programme de recherches est de comprendre les conditions de maintien de la gynodiœcie,
en prenant simultanément en compte le succès reproducteur (mâle et/ou femelle) des individus et leur répartition à
l’intérieur des populations. Les études théoriques ont en effet montré que ces deux types de paramètres jouent un
rôle crucial dans la dynamique de ce système de reproduction. Ainsi, sur nos deux espèces modèles, nous nous
proposons d’étudier :
(i)
la variation des succès reproducteurs potentiels mâle (qualité et quantité du pollen, au moyen d’un
compteur à particules) et femelle (qualité et quantité de graines) entre les différents phénotypes
sexuels, à travers une série d’études menées en parallèle en populations naturelles et en conditions
contrôlées.
(ii)
la répartition des individus au sein des populations naturelles, en analysant la structure génétique spatiale
ainsi que la répartition des types sexuels. La faible dispersion des graines peut en effet générer une
forte structuration à l’échelle locale, créant des groupes différenciés d’individus génétiquement
apparentés à l’intérieur d’une même population, ainsi qu’une agrégation des types sexuels en « patchs
». Ce phénomène peut avoir des conséquences capitales dans le cas d’une espèce gynodioïque.
10
Pour la betterave maritime, une étude à une échelle microgéographique sur quelques populations «
ateliers » en Bretagne, initiée lors du travail de M2R d’Isabelle De Cauwer, est actuellement poursuivie dans le
cadre de son projet de thèse (10/2006-09/2009). Les objectifs principaux de cette thèse sont :
- Mettre en relation le succès reproducteur individuel avec les caractéristiques génétiques sous-jacentes au
phénotype sexuel, à savoir les facteurs cytoplasmiques responsables des phénotypes hermaphrodites,
mâles stériles, et hermaphrodites restaurés. Ce type d’étude est tout particulièrement original et novateur
car le laboratoire dispose de marqueurs moléculaires spécifiques de chaque stérilité mâle observée chez
la betterave, ce qui n’est pas le cas dans les autres études impliquant des espèces gynodioïques.
- Mettre aussi en relation le succès reproducteur individuel avec des facteurs écologiques rencontrés en
populations naturelles, à savoir la densité de population, le sex-ratio local et la phénologie de floraison. Ici
encore cette approche est novatrice car les données relevées dans la littérature scientifique abordant la
même problématique restent très parcellaires.
L’étude de la structuration génétique spatiale, couplée à l’analyse des flux de pollen permettra ainsi de
mesurer le degré de structuration intra-population et d’analyser son effet sur la dynamique de ce système de
reproduction. Par ailleurs, le fait que le succès reproducteur d’un grain de pollen ou d’un génotype soit très
dépendant des conditions locales souligne l’importance du niveau de structuration et de la migration entre patchs ;
ceci est donc très similaire à ce qui est décrit dans les modèles dits de métapopulation. Certains auteurs ont
d’ailleurs suggéré que chez les plantes, les véritables phénomènes de flux de gènes et de métapopulation
pouvaient en fait s’opérer entre « patchs » d’une même population plutôt qu’entre populations relativement
éloignées.
L’étude de la structuration de la diversité génétique intra-populations, en liaison avec ce système de
reproduction remarquable qu’est la gynodiœcie, sera donc abordé au travers d’une double approche
complémentaire impliquant une analyse de génétique des populations couplée à une approche plus écologique
incluant des mesures directes de paramètres de fitness sur le terrain. Les influences respectives de ces divers
facteurs écologiques et génétiques sur le succès reproducteur des individus seront mesurées au travers des
productions de graines et de flux pollinique efficaces. Leurs conséquences potentielles en termes de différenciation
génétique des populations et de flux de gènes seront donc l’objet principal de cette étude.
Pour Silene nutans, nous nous proposons de réaliser le même type d’études que sur la betterave
maritime, tout en tenant compte des particularités du système de reproduction de cette espèce. D’une part, nous
comparerons des paramètres clés du succès reproducteur mâle et femelle (quantité et qualité du pollen et des
graines) entre les différents phénotypes sexuels. Puisque Silene nutans est entomophile, nous nous attacherons à
comparer également ente femelles et hermaphrodites, les traits floraux pouvant influencer l’attractivité de ces
différents phénotypes sexuels vis-à-vis des pollinisateurs. Il est en effet fréquent chez les espèces gynodioïques
que les hermaphrodites produisent des fleurs plus grandes et plus nombreuses que les individus femelles. Cette
plus grande attractivité peut générer un avantage reproductif des hermaphrodites, qui sont visités plus
fréquemment et bénéficient d’une meilleure pollinisation. L’autre particularité de Silene nutans est la capacité des
hermaphrodites à s’auto-féconder. Ici encore, ce trait peut générer des différences de succès reproducteur entre
femelles et hermaphrodites, soit à l’avantage des hermaphrodites, si l’autogamie augmente le succès de
pollinisation (en cas de limitation pollinique), soit à l’avantage des femelles, en cas de dépression de
consanguinité. Nous nous attacherons donc, par une série de croisements contrôlés, à comparer la qualité des
descendances issues d’auto- et d’allo-fécondation, afin d’estimer l’intensité de la dépression de consanguinité et
de savoir à quel(s) stade(s) elle s’exprime.
Par ailleurs, nous mènerons une série d’étude en conditions naturelles et semi-naturelles, afin d’intégrer
deux paramètres écologiques fondamentaux, la répartition spatiale des individus, et le comportement des
pollinisateurs. Ainsi, une étude détaillée de quelques populations naturelles de Silene nutans sera menée dans les
Ardennes Belges. Un travail de biologie de la pollinisation sera réalisé afin de (i) décrire les flux de pollinisateurs et
de pollen au sein de ces populations, (ii) déterminer si les femelles et les hermaphrodites sont également visités
par les pollinisateurs et (iii) déterminer si le comportement de visite des pollinisateurs induit une auto-pollinisation
des hermaphrodites (par geitonogamie), et à quel taux. Dans ces mêmes populations, nous déterminerons le
niveau de structuration des cytotypes et des phénotypes sexuels à une échelle géographique réduite. Sur cette
base, nous tenterons d’analyser si le sex-ratio local, ainsi que la densité des plantes en fleurs affecte le succès
reproducteur des individus. Il s’agira notamment d’analyser si le succès reproducteur femelle est limité par l’apport
en pollen pour certaines valeurs de sex-ratio local, et de comparer ce phénomène entre femelles et
hermaphrodites. Enfin, une banque de marqueurs microsatellites sera développée dès la fin de l’année 2008, ce
qui nous permettra, à terme, d’utiliser les mêmes outils que pour la betterave maritime, pour définir précisément la
structuration génétique spatiale des populations, ainsi que les flux de pollen réalisés.
Occurrence de la gynodiœcie à l’échelle de l’aire de distribution géographique de l’espèce
Les flux de gènes intra- et inter-populations, estimés à l’aide de marqueurs génétiques nucléaires et
cytoplasmiques, vont influer sur la dynamique de la gynodiœcie, en ce qu’ils sont directement impliqués dans la
11
probabilité de migration de cytoplasmes stériles dans les populations et des allèles de restauration correspondants.
Pour les deux espèces, nous conduirons cette approche de génétique des populations sur un large échantillon de
populations, pour connaître l’occurrence de la gynodiœcie et la variation du ratio de femelles en populations afin de
proposer des mécanismes expliquant la variation du sex-ratio entre populations par une dynamique sélective ou un
effet métapopulation, en confrontant nos résultats avec les prédictions théoriques existantes.
Pour la betterave maritime, nous disposons de marqueurs nucléaires (microsatellites) et cytoplasmiques.
L’analyse de la structure génétique en cours d’un large échantillon constitué de 85 populations des côtes
continentales de la Manche et de la mer du Nord, mais aussi des côtes anglaises, permettra de relier les flux de
gènes estimé aux modèles hydrodynamiques. D’autre part, l’occurrence de la gynodiœcie, en particulier la nature
des cytoplasmes stériles (par des marqueurs PCR spécifiques), le ratio de femelles, ainsi que le ratio de plantes
restaurées sera mis en relation avec les estimations de flux de gènes précédemment estimés.
Notre objectif est ensuite d’élargir cet échantillon essentiellement européen par plusieurs campagnes
d’échantillonnage sur l’aire de répartition de l’espèce, à savoir l’ensemble du pourtour méditerranéen. Un
phénotypage, une collecte d’échantillons de feuilles ainsi qu’une collecte de graines seront réalisés. Ces données
permettront (i) de retracer l’occurrence de la gynodiœcie chez cette espèce et de découvrir de nouvelles sources
potentielles de stérilité mâle ; (ii) de mettre en lumière des « hot spot » de diversité génétique (potentiellement
intéressant en terme de ressources génétiques) et des effets de rupture géographique lors des recolonisations
postglaciaires, (iii) de retracer ainsi l’histoire de recolonisation des côtes Européennes après la dernière glaciation,
ceci au travers de l’analyse de l’arrangement spatial de la variabilité génétique observée pour des marqueurs
microsatellites et des séquences nucléaires et chloroplastiques ; et (iv) de relier la différenciation génétique neutre
(FST) à celle observée sur la base de variations phénotypiques (QST) comme la date de floraison ou l’allocation
d’énergie à la production de graines, afin de dépeindre d’éventuel gradients sélectifs spécifiques de conditions
écologiques différentes.
Pour Silene nutans, un effort important d’échantillonnage a été effectué sur son aire de répartition afin de
retracer les patrons de migrations post-glaciaires à partir de la diversité nucléotidique de fragments
chloroplastiques (120 populations; Post-doctorat de Solenn Le Cadre ; Collaboration avec F. Van Rossum, Meise,
Belgique). Sur cette même collection, le sexe-ratio sera estimé et mis en relation avec la diversité nucléotidique de
gènes mitochondriaux.
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Thème 2: Evolution de l'auto-incompatibilité
Permanents
Xavier VEKEMANS, PR 1, (Responsable du thème)
Vincent CASTRIC, MCF (100%)
Sylvain BILLIARD, MCF (100%)
Anne-Catherine HOLL, technicienne
Doctorants
(thèse en chevauchement entre la thématique auto-incompatibilité et la thématique biologie de la
conservation).
Camille ROUX, financement ANR Biodiversité, Etude du polymorphisme trans-spécifique entre deux
espèces apparentées, Arabidopsis halleri et A. lyrata: évaluation du rôle de la sélection naturelle et de
l'introgression (période 2007-2010)
Camille GERVAIS, allocataire MENRT, Mécanismes évolutifs de la diversification des allèles d’autoincompatibilité chez les plantes (période 2008-2011).
Pauline GOUBET, boursière CNRS, Analyse bioinformatique et modélisation des processus évolutifs
agissant sur une région du génome soumise à des contraintes sélectives fortes et originales (période
2008-2011).
L'objet principal du groupe de recherche concerne l'étude des différentes formes de sélection naturelle
agissant sur les systèmes d'auto-incompatibilité chez les plantes. Lors du précédent quadriennal, nos travaux
se sont principalement focalisés sur la mise en évidence de cette sélection à deux niveaux différents, d'une part
au travers de ses effets sur la distribution des fréquences d'haplotypes d'auto-incompatibilité au sein ou entre
populations, et d'autre part au niveau de ses signatures nucléotidiques et génomiques. Bien que certains
objectifs empiriques précédents seront poursuivis au cours du prochain quadriennal, l'essentiel de nos travaux
théoriques et empiriques s'articuleront autour de deux nouveaux thèmes principaux: l'étude de la dynamique des
systèmes génétiques d'auto-incompatibilité; et l'étude des conséquences évolutives de l'autoincompatibilité.
DYNAMIQUE DES SYSTEMES GENETIQUES D'AUTO-INCOMPATIBILITE
Malgré une attention considérable de la part des théoriciens de la génétique des populations, la dynamique
des systèmes d'auto-incompatibilité chez les plantes pose encore une double énigme de biologie évolutive: (1)
Comment un système clé-serrure multiallélique tel que l'interaction entre les protéines S du pollen et du pistil peut-il
générer de nouvelles spécificités haplotypiques coordonnées aux gènes S pollen et pistil? (2) Comment un
système complexe multigénique peut-il se maintenir à très long terme alors que l'inactivation d'un seul des
composants devrait être évolutivement avantagée car entraînant une rupture du système permettant directement
un accès accru à la reproduction?
Nous aborderons ces questions à l'aide d'une double approche utilisant d'une part la modélisation, et
d'autre part l'analyse des polymorphismes moléculaires au locus d'auto-incompatibilité (locus S) et dans son
environnement génomique proche. Une source importante de données proviendra d'un projet en cours de
séquençage par le Génoscope de toute la région du locus S chez plusieurs haplotypes (projet piloté par V.
Castric). Au travers d'une collaboration avec Denis Roze (Station marine de Roscoff), nous chercherons
également à déterminer si la subdivision des populations joue un rôle dans ces deux phénomènes évolutifs.
Diversification allélique au locus d'auto-incompatibilité. (Thèse de Camille Gervais, S. Billiard, V.
Castric)
De nombreux travaux empiriques (y compris ceux effectués par l'équipe chez Arabidopsis halleri, Llaurens
et al. 2008, Evolution; Castric & Vekemans 2007 BMC Evol. Biol.) ont mis en évidence l'existence d'une très
grande diversité allélique au locus S, et il a été observé, dans le cas des systèmes dont le déterminisme
moléculaire a été élucidé, que les divergences moléculaires entre allèles étaient exceptionnellement élevées à la
13
fois pour le gène exprimé dans le pollen et pour le gène pistil. Ceci suggère une diversification allélique ancienne
au locus S. Bien que plusieurs scénarios évolutifs aient été suggérés pour expliquer le mécanisme de
diversification concertée des gènes pollen et pistil à ce locus, il n'existe pas actuellement de modèle théorique
satisfaisant. En effet, la plupart des scénarios conduisent soit à une rupture de la réaction d'auto-incompatibilité, et
donc à la perte du système, soit au remplacement d'une lignée allélique ancestrale par une lignée mutante dérivée,
ce qui n'explique pas la diversification observée. Seuls deux scénarios proposés n'ont pas encore été modélisés
explicitement; il s'agit d'un scénario "subdivision" proposé verbalement par Marcy Uyenoyama (Uyenoyama et al.
2001, Genetics 157:1805), et d'un scénario "spéciation sympatrique" proposé verbalement par Andrew Clark
(Chookajorn et al. 2004, PNAS 101:911). Avec l'aide de Denis Roze, nous modéliserons l'effet de la subdivision
des populations sur le processus de diversification allélique. Par ailleurs, les résultats préliminaires obtenus par
Camille Gervais lors de son stage M2R ont montré, par simulations numériques, que le scénario "spéciation
sympatrique" peut générer de la diversification, mais ses conditions d'application doivent être précisées.
Ces travaux théoriques seront accompagnés par une analyse approfondie des données de polymorphisme
nucléotidique disponibles dans la littérature pour plusieurs espèces, dans le cas où celles-ci sont disponibles
simultanément pour les deux gènes du locus S, ainsi que des données obtenues pour le genre Arabidopsis dans le
cadre du projet Génoscope. L'objectif de ces analyses sera de rechercher une signature de co-évolution pour
certains sites nucléotidiques entre les deux gènes, et de tester la compatibilité des données moléculaires avec l'un
ou l'autre des scénarios évolutifs proposés.
Conditions de maintien d'un système fonctionnel d'auto-incompatibilité. (S. Billiard, V. Castric)
Le maintien à long terme d'un système fonctionnel d'auto-incompatibilité est un paradoxe évolutif car toute
mutation disruptive apparaissant à l'un des gènes impliqués dans la réaction d'auto-incompatibilité confère à
l'individu qui la porte une compatibilité universelle avec tous les individus de la population y compris lui-même.
Certaines études théoriques ont suggéré que seule une forte dépression de consanguinité pourrait s'opposer à
l'évolution de mutations conférant l'auto-compatibilité. Nos travaux précédents ont montré qu'une composante non
négligeable de la dépression de consanguinité serait due à des mutations délétères liées au locus S (fardeau lié;
thèse V. Llaurens). Nous projetons, à nouveau en collaboration avec Denis Roze, d'étudier par modélisation
l'impact de la subdivision des populations sur les deux sources de dépression de consanguinité ("génomique" et
fardeau lié) et ses conséquences sur le maintien de l'auto-incompatibilité.
Par ailleurs, nous comptons poursuivre notre étude empirique de mise en évidence du fardeau lié (par
croisements forcés entre individus de même génotype S) chez A. halleri en analysant une plus large gamme
d'haplotypes S, et en testant l'hypothèse selon laquelle le fardeau lié pourrait présenter une structuration
géographique. Enfin, dans le cadre du projet Génoscope de séquençage de la région génomique du locus S chez
plusieurs haplotypes S, nous chercherons des traces de mutations disruptives dans les gènes voisins du locus S,
afin d'identifier les sources potentielles du fardeau lié.
Evolution des relations de dominance entre haplotypes d'auto-incompatibilité. (S. Billiard, V. Castric,
X. Vekemans, thèse de Pauline Goubet pro parte)
Nos travaux théoriques précédents ont montré qu'une évolution des relations de dominance entre
haplotypes S était possible, et ont précisé les patrons de dominance qui en résulteraient (thèse V. Llaurens).
Cependant, nous manquons de preuves empiriques démontrant que ce processus est en effet responsable des
patrons de dominance complexes observés au locus S. Nous échantillonnerons quelques haplotypes S dans
plusieurs régions géographiques distinctes chez A. halleri, et nous déterminerons à l'aide de pollinisations
contrôlées si les interactions de dominance entre une paire d'haplotypes donnée sont invariantes à travers l'aire de
distribution de l'espèce. De même, nous testerons l’hypothèse selon laquelle les haplotypes S hérités de l’ancêtre
commun d’A. halleri et A. lyrata ont conservé des relations de dominance identiques chez ces deux espèces (en
collaboration avec Mikkel Schierup, Université d'Aarhus, Danemark). Par ailleurs, nous étudierons par
modélisation d'autres scénarios évolutifs permettant d'expliquer l'établissement de patrons de dominance
complexes.
Nous aborderons également la problématique d'identification des déterminants moléculaires de la
dominance, dans le cadre de la thèse de Pauline Goubet. A l'aide des données de séquences de toute la région du
locus S pour plusieurs haplotypes, nous rechercherons et comparerons les régions promotrices d'allèles de
différents niveaux de dominance. Afin de valider les séquences promotrices candidates ainsi obtenues, nous
séquencerons ces régions chez d'autres haplotypes S de niveau de dominance similaire.
Dynamique structurale de la région génomique du locus d'auto-incompatibilité. (thèse de Pauline
Goubet, V. Castric, X. Vekemans)
La région génomique du locus d'auto-incompatibilité se caractérise en général par un très faible taux de
recombinaison et des temps de divergence entre haplotypes considérables (jusqu'à plusieurs dizaines de millions
d'années). A partir des données de séquences de cette région pour plusieurs haplotypes dans plusieurs familles
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d'Angiospermes (données de la littérature + données du projet Génoscope), nous étudierons la dynamique de
l'organisation génomique (variation de la nature, la position, et la divergence des gènes présents) à deux échelles
de séparation temporelle: (1) pour des haplotypes faiblement divergents, partageant une même spécificité
fonctionnelle mais présents dans des espèces aujourd'hui séparées; (2) pour des haplotypes fortement divergents
au sein d'une même espèce. L'analyse bioinformatique des séquences sera réalisée en collaboration avec Hélène
Touzet (LIFL, USTL).
CONSEQUENCES EVOLUTIVES DE L'AUTO-INCOMPATIBILITE
Les estimations les plus récentes concernant la distribution des systèmes de reproduction chez les
Angiospermes suggèrent qu'environ 40% des espèces végétales possèderaient un système fonctionnel d'autoincompatibilité. Nous développerons des travaux visant à analyser plusieurs conséquences évolutives associées à
la possession d'un tel système de reproduction: (1) la restriction du nombre de partenaires lors de la reproduction,
qui peut causer de fortes contraintes sur la viabilité des populations de petite taille (effet S-Allee); (2) une
augmentation des taux d'introgression entre espèces proches dans la région génomique du locus S, associée à la
forte sélection balancée agissant sur celui-ci; et (3) le maintien d'une fécondation croisée chez des organismes
hermaphrodites qui pourrait causer un succès évolutif considérable en terme de diversification des groupes
phylogénétiques auto-incompatibles.
Mise en évidence de l'effet S-Allee. (S. Billiard, X. Vekemans)
Dans une petite population, le nombre d'haplotypes S pouvant être maintenu est faible, et par là-même, le
risque d'une restriction substantielle de la reproduction en raison de la faible disponibilité en partenaires
compatibles est accru. De ce fait, une espèce en déclin démographique risque de subir une forte baisse de la
fécondité en-dessous d'un effectif seuil en raison de son auto-incompatibilité (effet S-Allee). En collaboration avec
le groupe de recherche "conservation" de notre UMR (Y. Piquot et N. Hautekèete), nous avons entamé une étude
de la diversité haplotypique au locus S chez une espèce menacée d'extinction, la biscutelle de Neustrie, Biscutella
neustriaca (Thèse de J.-B. Leducq). Nous comptons tester l'hypothèse d'une relation positive entre la production
de graines d'un individu donné et la fréquence de son génotype S dans la population, de façon à mettre en
évidence un éventuel effet S-Allee. Cette étude sera intégrée à un projet de création de réseau européen Plant
reproductive systems in conservation genetics émanant du programme Congen ("Conservation Genetics") de
l'ESF, à l'initiative de X. Vekemans, pour lequel des demandes de financement sont en cours d'élaboration.
Cette étude mènera par ailleurs à l'obtention de séquences d'haplotypes S et d'autres membres de la
famille de gène du locus S. Comme le genre Biscutelle est un membre divergent de la famille des Brassicaceae,
ces séquences seront utilisées pour effectuer une analyse détaillée de l'évolution moléculaire de cette famille de
gène au sein des Brassicaceae, en collaboration avec Deborah Charlesworth (Université d'Edimbourg). Cette
analyse sera intégrée aux études relatives à la dynamique des systèmes génétiques d'auto-incompatibilité,
notamment à celles s'intéressant au processus de diversification allélique (voir ci-dessus).
Impact génomique de l'introgression adaptative au locus S. (thèse de Camille Roux, X. Vekemans, V.
Castric)
Nos travaux précédents ont démontré l'existence au locus S d'une introgression adaptative entre les
espèces proches A. halleri et A. lyrata associée à la sélection balancée multiallélique (avantage à l'haplotype rare
introgressé; Castric et al. 2008, Plos Genetics). Afin d'évaluer l'impact génomique de ce processus, nous avons
entamé une étude comparative du polymorphisme et de la divergence nucléotidique entre ces deux espèces pour
un très grand nombre de gènes distribués sur l'ensemble du génome nucléaire. A l'aide d'approches
méthodologiques nouvelles, dont le développement est en cours en collaboration avec Frantz Depaulis (Univ.
Paris 6; projet ANR biodiversité TRANSBIODIV), nous comptons quantifier le niveau d'introgression entre les
deux espèces et sa variation le long du génome. En particulier, nous évaluerons l'introgression dans deux régions
génomiques soumises à forte sélection, d'une part celle du locus S, et d'autre part une région contenant un QTL de
tolérance aux métaux lourds (collaboration avec P. Saumitou-Laprade). Enfin, nous collaborerons à une étude du
processus d'introgression adaptative dans une autre famille de gène soumise à la sélection balancée chez A. lyrata
et A. halleri, les gènes NB-LRR de résistance aux pathogènes (collaboration avec Jesper Bechsgaard et Mikkel
Schierup, Université d'Aahrus).
Effet de l'auto-incompatibilité sur la diversification chez les Angiospermes (X. Vekemans)
L'observation d'une fréquence élevée d'occurrence des systèmes d'auto-incompatibilité chez les
Angiospermes, et du maintien d'un système donné sur des échelles de temps macro-évolutive, suggère que les
lignées phylétiques possédant ce système de reproduction présentent des taux de diversification plus élevés que
d'autres lignées. Ce scénario pourrait être présenté comme une alternative au scénario de forte dépression de
consanguinité pour expliquer le maintien à très long terme d'un système fonctionnel d'auto-incompatibilité. Afin de
tester cette hypothèse nous étudierons, en particulier chez les Brassicaceae, la distribution de l'auto-incompatibilité
et nous quantifierons les taux de diversification séparément au sein des lignées auto-incompatibles et au sein de
lignées ayant perdu secondairement ce système génétique.
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Thème 3: Génétique et évolution de l'adaptation aux environnements
pollués par les métaux lourds
Participants au programme :
Permanents
Pierre SAUMITOU-LAPRADE, CR1-CNRS, 100% (responsable du thème)
Anne CREACH, MCF 80%
Patrick DE LAGUERIE, MCF, 40%
Hélène FREROT, MCF, 100%
Cécile GODE, Technicienne - CNRS 100%
Doctorants
Isabelle DECOMBEIX : Etude d’une interaction génotype-environnement par une approche d’écologie
moléculaire : cas de l’adaptation aux sites pollués par les métaux lourds chez Arabidopsis halleri
(Allocataire Ministère de la Recherche, 2008-2013)
Claire Lise MEYER : Adaptation d’Arabidopsis halleri (Brassicaceae) aux milieux fortement pollués par les
métaux lourds : approche de génomique des populations (Allocataire Ministère de la Recherche, 20052008)
Alicja KOSTECKA : Genetic and ecological studies on adaptation of Arabidopsis halleri populations to
highly polluted sites of southern Poland. (co-tutelle de thèse : bourse d’excellence Eiffel, 2005-2008)
L’étude de l’origine et de l’évolution de l’adaptation aux sols pollués par les métaux lourds sera poursuivie
sur ce contrat au travers de l’étude du modèle biologique A. halleri, grâce à une opération de recherche intitulée
"origine et évolution de l’adaptation aux sols pollués par le zinc dans le genre Arabidopsis (Brassicacée)".
Cette opération de recherche se décline en six volets complémentaires qui ont pour objectif de contribuer
à la compréhension des mécanismes évolutifs et génétiques qui ont permis, chez certaines plantes supérieures,
l’apparition et le maintien des phénomènes de tolérance et d’hyperaccumulation pour le zinc et le cadmium.
Bases écologiques et physiologiques de la tolérance et de l’accumulation (Anne Créach et
Hélène Frérot).
Origine et caractérisation de la tolérance et de l’accumulation
L’écologie des milieux pollués est complexe car ils ne sont pas seulement enrichis en métaux, ils
présentent aussi d’autres caractéristiques par opposition aux sites non pollués à proximité (la sécheresse, un
environnement ionique particulier, par exemple). Ainsi, l’adaptation aux milieux pollués est le résultat de différentes
pressions de sélection donnant lieu à plusieurs traits adaptatifs. L’étude de la tolérance aux métaux lourds est
pourtant souvent réduite à la mesure de la résistance des plantes à la toxicité métallique, alors qu’elle se définit
comme « la capacité à survivre et à se reproduire sur un milieu pollué ». Notre hypothèse est qu’il s’agit d’un
caractère plus complexe, permettant de répondre à plusieurs contraintes définissant les environnements pollués.
L’analyse des résultats obtenus dans la thèse d’Alicja Kostecka, dans laquelle la réponse d’individus issus de
populations métallicoles et non métallicoles est étudiée à la fois en conditions contrôlées (en faisant varier
uniquement la teneur en zinc dans le milieu) et en conditions de terrain, permettra d’éclaircir ce point. Par ailleurs,
la tolérance à un métal donné en conditions contrôlées a souvent été mesurée d’une seule manière à la fois, le
plus souvent soit par l’arrêt de la croissance racinaire, soit par l’apparition d’une chlorose, qui n’est pas aisée à
quantifier. Pour mieux caractériser la tolérance, différents critères ont été définis au niveau intraspécifique dans
des expériences en conditions contrôlées, menées pendant la thèse de Claire-Lise Meyer et d’Alicja Kostecka. Des
traits morphologiques (largeur des feuilles, longueur des racines, biomasse sèche des feuilles, biomasse sèche
des racines) et physiologiques (activité photosynthétique par fluorescence et quantité de chlorophylle) ont été
mesurés. Nous recherchons à la fois l’existence d’un lien phénotypique entre tous ces traits, mais aussi une
manière cohérente de définir la tolérance au zinc grâce à cet ensemble de critères.
L’autre trait caractéristique de la tolérance des plantes aux milieux pollués est l’accumulation, qui reste un
caractère dont l’origine évolutive est encore inconnue, mais pour laquelle plusieurs hypothèses sont avancées.
Pour étudier l’une de ces hypothèses, Anne Créach et Hélène Frérot, en collaboration avec Nancy Roosens, ont
initié une expérience fondée sur des résultats de génétique fonctionnelle, et visant à étudier la réaction d’A. halleri
en situation de carence en zinc. L’hypothèse de base est que l’accumulation serait à l’origine un caractère
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permettant de résister à une carence en cet oligoélément en stimulant les systèmes d’absorption et de
translocation. Dans cette expérience, l’état de la plante est évalué par des critères à la fois morphologiques (sur
l’appareil végétatif et reproducteur) mais aussi physiologiques (présence d’anthocyanes, activité photosynthétique
et activités enzymatiques), et il est mis en relation avec la concentration en zinc dans les feuilles.
Enfin, d’un point de vue physiologique, la tolérance est d’une certaine manière liée à l’accumulation.
Notamment, A. halleri stocke du zinc dans ses vacuoles pour le rendre moins concentré, donc moins toxique, dans
le cytoplasme où ont lieu les réactions métaboliques. Cependant, la relation entre ces deux caractères est encore
peu claire. Dans le précédent contrat, les populations polonaises d’A. halleri ont été étudiées à la fois pour la
tolérance et l’accumulation, ce qui permet de rechercher l’existence d’une relation phénotypique.
Conditions d’expression de la tolérance et de l’accumulation (thèse d’I. Decombeix)
Grâce à une meilleure caractérisation de la tolérance (voir partie I), il sera possible d’étudier les variations
de la tolérance, mais aussi de l’accumulation, dans des environnements plus complexes représentant un contexte
écologique plus proche des conditions naturelles. Pour cela, nous conduirons des expériences faisant intervenir
différents niveaux de contamination en zinc associés à d’autres stress abiotiques et ceci à différents stades
phénologiques de la plante. Les individus utilisés dans ces expériences seront issus de croisements
interspécifiques entre A. halleri (individus métallicoles et non métallicoles) et A. lyrata. Nous étudierons l’effet d’un
apport de zinc sur la germination mais également sur la floraison et la mise à graines. Un autre facteur à prendre
en compte est la capacité de la plante à accumuler le métal, dont la relation avec la tolérance sera recherchée au
niveau d’une descendance (et non entre individus de populations différentes comme dans la thèse d’Alicja
Kostecka). La nature des autres stress abiotiques appliqués sera définie à partir des contraintes présentes sur le
terrain (analyses de sols polonais menées par Alicja Kostecka et analyses de sites et de sols italiens menées au
cours de la thèse d’Isabelle Decombeix). L’application d’un autre stress abiotique devrait modifier la réponse des
plantes à la teneur en zinc. L'accent sera mis sur les réponses morphologiques (traits végétatifs et reproducteurs)
et physiologiques (rendement photosynthétique, activités enzymatiques, teneur en pigments…).
Histoire de la colonisation des grandes régions calaminaires : étude phylogéographique des
populations M et NM appartenant à une même région (Pierre Saumitou-Laprade).
Au cours du précédent contrat, nous avons montré que la tolérance au zinc est un caractère constitutif de
l’espèce A. halleri. La question de l’origine de ce trait est donc à rechercher au niveau interspécifique. En revanche
nous avons pu montrer qu’il existe une variation intraspécifique de l’intensité de la tolérance qui peut conduire à
une augmentation de la tolérance sur les sites pollués par l’activité industrielle récente. L’analyse
phylogéographique menée au niveau de l’aire de distribution de l’espèce a montré une forte structuration
géographique avec quatre grandes régions bien différenciées : (1) l’Allemagne (nord et sud plus le nord de la
France), (2) la Pologne (plus la Slovaquie), (3) la Roumanie et (4) le sud des Alpes (Slovénie Italie et Suisse).
Dans chaque région, les populations M sont plus proches génétiquement des NM proches géographiquement, que
des M appartenant à d’autres régions géographiques. Nous en avons conclus que les populations M récentes ont
été fondées à partir des NM de la même région et souvent présentes dans des zones identifiées comme refuges :
les Alpes slovènes pour la partie sud et les Tatras polonaises et slovaques pour la partie nord.
Au cours des différentes prospections que nous avons menées sur l’aire de distribution d’A. halleri, nous
avons constaté la rareté des cas de sites pollués proches de sites non pollués entre lesquels les flux de gènes sont
possibles. Nous avons identifié une telle situation en Pologne (Silésie et région de Cracovie) c'est-à-dire dans la
partie nord de l’aire de distribution de l’espèce. En 2004, nous avons établi une collaboration avec un laboratoire
du PAN de Cracovie afin de développer ce volet d’étude (thèse d’A. Kostecka). De plus, en 2008, nous avons
identifié et prospecté le Val del Risso en Italie, c’est à dire dans la partie sud de l’aire de distribution, afin
d’entreprendre l’étude génétique, phylogéographique et phénotypique des populations M et NM (thèse d’I.
Decombeix).
Par l’étude de ces deux régions nous cherchons plus particulièrement à répondre aux questions suivantes:
a) Peut-on reconstruire l’histoire de la colonisation des sites industriels récents pollués par le zinc ?
b) Quelles relations (sources/puits) existe-t-il entre les populations M et NM d’une même région ?
c) Quel impact ou relation peut-on détecter sur la variation phénotypique (tolérance et hyperaccumulation) ?
d) Existe t-il des mécanismes d’isolement reproducteur entre populations issues de milieux édaphiques
différents (taux d’autofécondation différents, décalages de floraison) ?
Architecture génétique de l’adaptation aux sites calaminaires : détection des gènes candidats
de l’adaptation (Hélène Frérot et Pierre Saumitou-Laprade)
Ce volet de recherche a pour but d’identifier (sinon tous, tout au moins la majeure partie) les facteurs
génétiques responsables de l’adaptation aux environnements pollués par les métaux lourds sur l’ensemble de l’aire
de distribution de l’espèce. Nous pourrions ainsi disposer dans un futur proche des gènes candidats pertinents
potentiellement impliqués dans l’apparition ancienne de la tolérance et l’hyperaccumulation dans l’espèce (QTL
communs à l’ensemble des croisements étudiés), et des gènes candidats pertinents potentiellement impliqués
dans la variation quantitative récente qui a accompagné l’apparition des pollutions liées à l’activité industrielle (QTL
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spécifiques des populations métallicoles issues des différentes zones géographiques). Dans ce projet, nous
souhaitons intégrer véritablement les outils de la génomique en exploitant la possibilité du transfert de
l’ensemble des données génétiques et physiologiques accumulées ces dernières années sur A. thaliana mais
aussi en développant les outils spécifiques à A. halleri. Le projet s’appuie sur un matériel génétique tout à fait
original produit au laboratoire.
Approche QTL par croisements interspécifiques multiples
Les croisements interspécifiques avec A. lyrata ont montré leur potentiel pour mettre en ségrégation les
gènes de la tolérance et de l’accumulation de l’espèce A. halleri. L’utilisation des croisements interspécifiques est
compatible avec les méthodologies de phénotypage que nous avons établies au laboratoire. Au niveau
moléculaire, nous n’avons pas observé de problème liés à la distance entre espèces (par exemple une réduction
de la recombinaison liée à de mauvais appariements entre chromatides des deux espèces). En revanche nous
avons largement profité de la distance entre espèces pour obtenir « facilement » des marqueurs polymorphes pour
la cartographie. Nous pouvons espérer que la plupart des marqueurs que nous avons définis et positionnés sur la
carte resteront polymorphes dans les croisements interspécifiques qui seront produits. Nous éviterons ainsi la
recherche fastidieuse de marqueurs polymorphes pour chaque nouveau croisement. Cette situation garantie une
cartographie et une analyse QTL rapide sur l’ensemble des croisements A. lyrata X A. halleri utilisant comme
donneurs de pollen des A. halleri représentatifs des origines édaphiques et géographiques différentes identifiées
dans l’analyse phylogéographique.
Utilisation massive des croisements inter spécifiques.
A. halleri s’organise en quatre grandes régions géographiques : Chacune de ces régions contient des
populations M probablement fondées à partir des populations NM les plus proches. Cette situation clairement
établie dans le cas du Nord de l’Allemagne et du sud de la Pologne reste à vérifier par le phénotypage en
conditions contrôlées pour l’Italie dans la région de Bergame, et dans le Nord de la Roumanie dans la région de
Baia de Mare.
En priorité nous réaliserons les croisements à partir de génotypes issus des deux ensembles Nord
(Pologne) et Sud (Italie) qui sont les plus différenciés génétiquement. Les croisements sont en cours pour les
génotypes polonais qui ont été phénotypés dans le cadre des thèses de d’A. Kostecka et C-L Meyer. Les
génotypes italiens récoltés en 2008 seront prochainement phénotypés dans le cadre de la thèse d’I Decombeix. Si
les résultats révèlent des QTL différents entre régions Nord et Sud nous élargirons l’étude aux deux autres régions
(Allemagne et Roumanie)
Détection rapide des QTL par génotypage a l’aide de marqueurs multiplexés : SNPlexe et microsatellites.
La carte génétique dont nous disposons est construite à partir de marqueurs SNPs définis après
amplification grâce à des amorces définies chez A. thaliana et séquençage chez A. halleri et A. lyrata de régions
introniques pour identifier les sites polymorphes détectables par restriction. La conversion de ces marqueurs en
multiplexes de type SNPlexe permettra la constitution de mélanges utilisables sur les plates formes équipées
(centre de génotypage à Evry) et la construction de la carte en 2 ou 3 génotypages de 48 marqueurs multiplexés.
Au cours du précédent contrat nous avons établi un protocole complet (depuis la création de la banque à la
mise à disposition des multiplexes grâce à une procédure bioinformatique permettant de constituer une base de
données évolutive pour exploiter les banques (détection des séquences redondantes, identification des séquences
consensus pour la définition des amorces et recherche des motifs microsatellites) pour la préparation de
multiplexes de microsatellites utilisables pour les études de génétique des populations et de cartographie. Nous
disposons actuellement d’un multiplexe de 35 marqueurs cartographiés utilisable sur les croisements contrôlés en
un seul passage sur le séquenceur. Nous poursuivons l’exploitation de la banque enrichie qui nous permettra de
disposer de 80 marqueurs microsatellites réparties régulièrement sur les huit groupes de liaisons et utilisables en 3
passages sur le séquenceur ABI 3130.
Approche par scan génomique (thèse de Claire-Lise Meyer : collaboration avec Vincent Castric)
Nous avons établi, grâce à la thèse de Maxime Pauwels, que des populations géographiquement proches
mais localisées sur des sites présentant des niveaux contrastés de pollution présentent un niveau de
différenciation génétique faible pour des marqueurs neutres (haplotypes chloroplastiques, et microsatellites
nucléaires) mais sont fortement structurées pour leur niveau de tolérance. Cette situation a été clairement
identifiée en Pologne c’est pourquoi nous avons échantillonné plus finement 4 populations situées au sud de la
Pologne et en Slovaquie (2 sur sites pollués et 2 sur sites non pollués afin de rechercher par criblage génomique
des marqueurs associés au caractère de tolérance. Le criblage est réalisé par plus de 800 marqueurs AFLP. Les
marqueurs « outliers » identifiés seront par la suite replacés sur la carte génétique afin de repérer ceux qui seraient
localisés dans régions QTL identifiées par croisement inter- spécifique.
Recherches des gènes candidats dans les régions définies par l’analyse QTL et/ou le scan génomique
19
Détection des gènes candidats grâce à la synthénie entre A. halleri et A.thaliana
Dans cette partie nous mettons à profit les connaissances acquises dans le précédant contrat où nous
avons démontré les possibilités de transfert des zones QTL déterminées chez A. halleri (espèce possédant des
caractéristiques écologiques intéressantes mais dont la structure du génome est peu connue) vers A. thaliana
(espèce modèle).
Cependant deux limites majeures peuvent réduire la pertinence de cette démarche : l’existence de
réarrangements locaux qui peuvent entrainer un transfert des QTL sur des régions erronées et le risque que des
régions de génomes aient pu être perdues chez A. thaliana au moment du passage de huit chromosomes à cinq.
C’est pourquoi nous avons recherché les possibilités d’accéder au plus vite à la séquence du génome d’A. halleri.
Séquençage du génome d’Arabidopsis halleri
Des contacts sont pris en 2008 avec Detlef Weigel de l’Institut Max Planck à Tübingen (Allemagne) pour le
séquençage du génome d’A. halleri. Ce séquençage réalisé par le système Illumina concernera la troisième
espèce du genre Arabidopsis (après A. thaliana déjà séquencée et A. lyrata lyrata en cours de séquençage) qui
présente la particularité d’avoir acquis la capacité à coloniser des milieux extrêmes. Nous fournirons les génotypes
pertinents et auront à ce titre accès en temps réel à l’ensemble des données produites.
Les données de séquençage nous permettront de disposer d’une cartographie physique de l’espèce. La
cartographie fine et la connaissance des séquences déjà disponible chez A. lyrata comparées aux connaissances
générées chez A. halleri nous donnera accès à la possibilité de clonages positionnels par cartographie fine des
zones QTL.
Recherche des signatures de sélection au niveau des gènes candidats (MCF à recruter, Pierre
Saumitou-Laprade, collaboration avec Xavier Vekemans)
L’objectif ultime du travail est l’identification des gènes impliqués dans l’adaptation aux sites pollués par les
métaux. Les travaux réalisés ont permis d’identifier des zones QTL et gènes pertinents présents dans ces régions.
Les travaux proposés dans la partie précédente permettront sans doute d’en détecter de nouveaux. Cependant
l’ensemble des gènes détectés nécessite d’être validé. C’est pourquoi nous souhaitons recruter un nouveau MCF
ayant une expérience dans le domaine de l’analyse du polymorphisme nucléotidique et de sa signification afin de
développer, dans l’équipe, les approches d’évolution moléculaire. Ce programme sera mené en collaboration avec
l'équipe "Evolution de l’auto-incompatibilité" de Xavier Vekemans et l’équipe de Deborah Charlesworth de
l’Université d'Edinburgh (Ecosse).
L’étude des séquences nucléotidiques de gènes candidats pour la tolérance au zinc au sein du genre
Arabidopsis a été entamée par Nancy Roosens (postdoc Marie Curie 2006 et 2007). Elle sera poursuivie et
approfondie dans le prochain contrat. Nous cherchons à construire une base de données de polymorphismes
nucléotidiques de régions codantes chez plusieurs espèces du genre Arabidopsis (A. thaliana, A. lyrata, A. halleri
M et NM, et A. arenosa). Pour notre part, nous nous intéressons à plusieurs gènes situés dans différentes régions
QTL de la tolérance au zinc et au cadmium que nous avons identifiées chez A. halleri. Dans ces zones QTL, nous
avons identifié des gènes dont le rôle est connu dans l’homéostasie des métaux (chez A. thaliana mais aussi chez
A. halleri). En priorité, nous étudions le gène HMA4 et les trois représentants de la famille de gènes MPT1 dont
deux sont localisés dans les régions QTL et un en dehors. Ensuite nous traiterons l’ensemble des gènes
candidats détectés dans les zones QTL. Cette base de données devrait nous permettre:
d’évaluer de façon précise la divergence moléculaire entre chaque paire d’espèces congénériques et ainsi
d’affiner les relations phylogénétiques au sein du genre établies sur la base de séquences
chloroplastiques.
de comparer entre espèces et entre accessions (grandes régions géographiques chez A. halleri) les
niveaux de polymorphisme intraspécifique en relation avec leur système de reproduction et autres
caractéristiques biologiques (tolérante au zinc vs. sensible, type M vs. NM).
de détecter et localiser sur l’arbre phylogénétique d’éventuels phénomènes d’accélération de l’évolution
d’une séquence nucléotidique sous l’effet de la sélection.
Utilisation de la variation génétique naturelle chez Arabidopsis thaliana pour identifier de
nouveaux gènes candidats pour la sensibilité aux métaux lourds chez A. halleri (Pierre
Saumitou-Laprade, collaboration avec Fabrice Roux)
Bien que la tolérance aux métaux lourds ne soit pas un caractère constitutif chez l’espèce modèle
Arabidopsis thaliana, l’étude de la sensibilité au métal peut toutefois s’avérer pertinente dans l’identification de
nouveaux gènes candidats de tolérance aux métaux lourds chez son espèce sœur Arabidopsis halleri. La
description de la variation génétique naturelle et des bases génétiques de la sensibilité au Zinc chez A. thaliana
peut s’avérer très prometteuse quant à l’identification et la compréhension des bases génétiques de la tolérance au
zinc chez A. halleri. Pour mener à bien ce volet, nous proposons, en collaboration avec Fabrice ROUX, d’associer
les techniques de cartographie par déséquilibre de liaison (LD mapping) et de cartographie QTL (QTL mapping)
qui nous permettrons d’identifier rapidement et précisément les gènes impliqués dans la tolérance au zinc chez A.
thaliana. Le LD mapping quantifie les associations entre un polymorphisme génétique et un trait qualitatif
20
(absence ou présence d’une maladie) ou un trait quantitatif (date de floraison). Cette technique d’association tire
avantage de la recombinaison accumulée sur des milliers de générations, et permet ainsi une localisation très
précise des gènes associés au trait étudié. Le degré de précision est fonction de la densité de marqueurs
génétiques utilisés pour tester les associations avec un phénotype. La cartographie QTL, bien quelle soit
beaucoup moins précise dans le ciblage des gènes impliqués dans l’expression d’un caractère, détecte des
régions génomiques très robustes parce qu’elles ne peuvent pas résulter d’un quelconque effet de la structuration
géographique. De fait, le LD mapping et le QTL mapping sont des méthodes extrêmement puissantes quand elles
sont utilisées en association.
De manière concrète, nous proposons 3 étapes pour utiliser la variation génétique naturelle chez A.
thaliana et identifier de nouveaux gènes candidats pour la tolérance aux métaux lourds chez A. halleri.
Détection des gènes de tolérance au Zinc chez A. thaliana par LD mapping (Collaboration : Joy
Bergelson, University of Chicago)
Les 200 accessions naturelles de A. thaliana seront phénotypées pour la tolérance au zinc. Les analyses
statistiques pour détecter les associations significatives entre les 250 000 SNPs et le phénotype de tolérance au
Zinc seront effectuées en utilisant un modèle mixte pour tenir compte des effets de la structuration des populations.
Les analyses seront effectuées par l’équipe de Joy Bergelson de l’Université de Chicago.
Validation des associations détectées par LD mapping et par QTL mapping.
Cette validation se fera à partir de familles RILs déjà disponibles. Si aucune famille RIL déjà disponible
n’est issue d’un croisement entre 2 accessions avec un phénotype différent pour la tolérance au Zinc, la validation
s’effectuera avec des plantes F2 issues d’un croisement entre 2 accessions naturelles ayant un phénotype
extrême et opposé pour la tolérance au Zinc. Deux jeux de marqueurs génétiques (SNPlex 96 SNPs, Centre
National de Génotypage Evry et SNPlex 149 SNPs ; Sequenom) sont disponibles pour génotyper les plantes F2.
Validation fonctionnelle de gènes candidats et extrapolation à A. halleri des gènes candidats identifiés
chez A. thaliana.
La liste de gènes candidats pour la tolérance au Zinc chez A. thaliana sera comparée à la liste de gènes de
l’homéostasie des métaux pour lesquels une expression différentielle a été trouvée entre A.thaliana et A. halleri. La
priorité de la validation fonctionnelle sera donnée aux gènes qui sont différemment exprimés entre A. thaliana et A.
halleri, et pour lesquels une association significative chez A. thaliana a été trouvée par LD mapping et validée par
QTL mapping. Différentes approches seront utilisées pour une validation fonctionnelle de gènes candidats chez A.
thaliana.
L’étude du polymorphisme nucléotidique du gène candidat ainsi que de sa région génétique environnante
permettront d’étudier les patterns de sélection associés au gène candidat. Cette étude sera entre autres
directement réalisable dans la région environnante du gène candidat, par l’analyse de la diversité génétique
basée sur le génotypage des 250 000 SNPs.
L’analyse fonctionnelle par transformation et complémentation de fonction et/ou utilisation de mutants
d’insertion (http://dbsgap.versailles.inra.fr/agrobactplus/) sera la preuve ultime qu’un gène candidat est lié à
la tolérance au Zinc chez A. thaliana. Elle sera développée grâce aux collaborations développées par
l’équipe avec des laboratoires de physiologie moléculaire au cours du précédant contrat.
Origine et évolution de la tolérance et de l'hyperaccumulation de zinc au sein du genre
Arabidopsis (Hélène Frérot et Anne Créach)
La tolérance et l’accumulation ont été observées dans d’autres espèces du genre Arabidopsis : nous les
avons observées en condition contrôlées pour plusieurs populations européennes d'A. arenosa, et une population
d'A. neglecta (Amsellem et al. en prep). Cette partie du projet de recherche a pour objectif de comprendre
comment ces caractères sont déterminés et comment ils sont apparus dans différentes espèces au sein du genre.
S’agit-il de mécanismes différents apparus indépendamment ? S’agit-il d’un même mécanisme apparu dans une
seule espèce et transmis par croisement interspécifiques ?
Arabidopsis halleri restera l'espèce de référence de l'équipe "génétique et évolution de la tolérance aux
métaux lourds" à partir de laquelle seront faites toutes les comparaisons de tolérance et d'hyperaccumulation avec
les autres espèces du genre (pour les génotypage et phénotypage). En particulier, notre attention s’est portée sur
une publication récente de l’équipe du professeur Wierzbicka de l’université de Varsovie, qui mentionne l’existence
d’individus d’A. arenosa tolérants et diploïdes dans les populations M de Silésie. Des contacts sont pris pour établir
une collaboration avec cette équipe et développer une analyse QTL de la tolérance chez A. arenosa par
croisement intra- et inter-spécifiques.
21
22
Thème 4: Génomique évolutive et environnementale de l’adaptation chez
Arabidopsis thaliana
Permanents
Fabrice ROUX, CR2 CNRS (100%), (responsable du thème)
Joël CUGUEN, PR1 (50%)
Nathalie FAURE, IE (100%)
Doctorants
Benjamin BRACHI (2007-2010) Bases génétiques et preuves de l’adaptation de traits phénologiques chez
Arabidopsis thaliana : date de floraison, durée de floraison et durée du cycle de vie. Monitorat de l’Ecole
Doctorale Sciences de la Matière, du Rayonnement et de l’Environnement.
Projet de recherche
En ces temps de changements climatiques globaux, un des challenges actuels de la biologie évolutive est
de déterminer le type et la structure de la variation génétique sous-jacente aux traits phénotypiques pour
déterminer le potentiel et la dynamique d’une réponse adaptative à la sélection naturelle. Nos connaissances sur
la dynamique adaptative chez une espèce restent de manières surprenantes très limitées, en particulier en
ce qui concerne le recrutement des mutations conférant les changements phénotypiques susceptibles
d'être retenus par la sélection naturelle. L’objectif de ce projet est d’établir un lien entre la physiologie
moléculaire et l’écologie évolutive chez les plantes afin d’étudier la dynamique adaptative de l’espèce modèle
autogame A. thaliana pour différents traits quantitatifs supposés adaptatifs. Bien qu’étant trop souvent considérée
comme une espèce de « laboratoire », A. thaliana est avant tout une espèce sauvage dont l'évolution des traits
d'histoire de vie se réalise dans des environnements naturels et contrastés. Plus précisément, ce projet consiste à
déterminer quels sont les gènes cibles de la sélection pour ces traits chez A. thaliana et surtout comprendre la
dynamique adaptative de ces caractères dans un environnement hétérogène.
Dynamique adaptative de traits phénologiques
Reconstruction du premier pas de la marche adaptative vers la précocité de floraison
Les bases génétiques liées à la variation naturelle de la date de floraison sont de mieux en mieux connues
chez A. thaliana. Cependant, une question reste en suspens : pourquoi le gène FRIGIDA (FRI) semble être la cible
majeure de la sélection naturelle pour la précocité de floraison chez A. thaliana, alors que de plus de 40 gènes de
la date de floraison pourraient être la cible de la sélection naturelle pour la précocité de floraison ? Cette question
s’inscrit dans un débat général concernant le recrutement par la sélection naturelle de gènes impliqués dans un
réseau génétique où plusieurs gènes peuvent conférer le même optimum phénotypique. Une des hypothèses
concernant la précocité de floraison chez A. thaliana est que le nombre de mutations adaptatives (i.e. conférant la
précocité) est plus important pour le gène FRI que pour les autres gènes de la date de floraison. Dans une
population théorique avec tous les mutants potentiels conférant une précocité de floraison, la sélection d’une
mutation au gène FRI serait le résultat d’une balance mutation/dérive/sélection, avec comme gagnant le gène
ayant le taux de mutation efficace le plus élevé, à coefficient de sélection identique. A l’heure actuelle, aucune
donnée expérimentale n’est disponible pour valider ou réfuter cette hypothèse.
Pour tester cette hypothèse, une expérience de sélection de grande ampleur pour identifier les mutations
retenues au cours d'une expérience de sélection sur une génération a été mise en place. La production de
plusieurs dizaines de millions de graines a débuté avec l’isolement en chambre de culture de plantes de
l’accession Lov-5 très tardive pour la date de floraison, pour éviter toute contamination pollinique par des individus
précoces. Pour conférer une réalité écologique à la reconstruction du premier pas de la marche adaptative, deux
semis de 10 millions de graines seront effectués sur un terrain expérimental avec un semis à l’automne et un semis
au printemps, correspondant aux 2 principales cohortes de germination chez A. thaliana.
Le taux minimum de mutation génomique délétère observé pour des composantes de la fitness étant de 3
-5
x 10 chez A. thaliana (Schultz et al. 1999), un minimum de 300 mutants spontanés naturels est attendu sur un
semis de 10 millions de graines. Il faut noter que la plupart de ces mutants seront dominants. Outre l’estimation
directe (et rare) d’un taux de mutation adaptative, le séquençage des gènes de floraison des mutants
spontanés précoces (coll. Dominique Brunel, Centre National de Génotypage, Evry) permettra d’estimer un
23
nombre de mutations adaptatives par gène de floraison, et ainsi valider ou non l’hypothèse selon laquelle le
nombre de mutations précoces est plus important pour le gène FRI que pour les autres gènes de la date de
floraison.
Génomique évolutive et environnementale de l’adaptation de traits phénologiques
Alors que la durée de floraison et la durée du cycle de vie sont considérées comme des traits
phénologiques fortement liés à la valeur adaptative chez les plantes annuelles, l’étude de l’adaptation de traits
phénologiques s’est majoritairement portée sur la date de germination et la date de floraison. Par une combinaison
d’approches complémentaires (génétique, écologique et évolutive ; Figure 1), nous proposons d’étudier
l’adaptation de la durée de floraison et de la durée du cycle de vie chez A. thaliana.
Observation d’une variation phénotypique dans la nature
Déterminisme génétique?
Bases génétiques
Architecture
génétique
ECOLOGIE
Pressions de sélection
GENETIQUE
Etude de populations naturelles
Validation fonctionnelle
VALEUR ADAPTATIVE
Relation directe avec la fitness
Transplantations réciproques
Evolution expérimentale
Comparaison Fst-Qst
Evolution moléculaire
Figure 1. Etude de l’adaptation chez Arabidopsis thaliana.
Approche génétique (thèse Benjamin Brachi)
Collaboration : Joy Bergelson, University of Chicago, USA
Magnus Nordborg, University of Southern California, USA
Christine Camilleri & Olivier Loudet, INRA Versailles
Ritsert Jansen & Frank Johannes, University of Groningen, Pays-Bas
A l’opposé de la partie A du thème 1, l’approche génétique dans l’étude de l’adaptation vise à analyser
l’autre extrémité du processus évolutif, à savoir le spectre de mutations qui ont été sélectionnées au cours de
l’évolution parmi les différentes accessions d’A. thaliana, pour déterminer les cibles de la sélection naturelle qui
expliquent la variabilité de la durée de floraison et de la durée du cycle de vie. En associant trois méthodes
complémentaires (1. cartographie par déséquilibre de liaison en utilisant 197 accessions mondiales d’A. thaliana
génotypées pour 250 000 SNPs (1 SNP tous les 500 bp) ; 2. analyse QTLs en utilisant 13 familles de lignées
consanguines recombinantes (RILs) créées à l’INRA de Versailles ; et 3. utilisation de lignées isogéniques
(Heterogeneous Inbred Families, HIFs) dérivées d’une des 13 familles RILs), nous avons pu mettre en évidence
que le nombre de gènes et l’identité des bases génétiques variaient suivant les conditions environnementales (18
800 plantes phénotypées en serre et sur un terrain expérimental avec semis à l’automne). L’analyse sur les
données phénologiques obtenues en serre a permis de proposer 1 gène candidat pour la durée de floraison
(AT5G15230 impliqué dans la régulation de la formation de la fleur dans les régions méristématiques), et 1 gène
candidat pour la durée du cycle de vie (AT4G01060 de la famille de gènes MYB impliqués dans la mort cellulaire).
La suite de ce projet est de valider fonctionnellement ces deux gènes candidats par transformation et
complémentation de fonction et/ou utilisation de mutants d’insertion (http://dbsgap.versailles.inra.fr/agrobactplus/). En
parallèle, nous étudierons aussi l’expression de ces gènes candidats chez différentes accessions naturelles d’A.
thaliana, notamment celles à l’origine des familles RILs dont une région QTL détectée pour la durée de floraison ou
la durée du cycle de vie co-localise avec un des 2 gènes candidats.
24
Approche écologique (thèse Benjamin Brachi)
Collaboration : Nina Hautekeete, Yves Piquot
L’identification des facteurs écologiques exerçant une pression de sélection sur la durée de floraison et la
durée du cycle de vie sera mise en place via une caractérisation écologique de l’habitat (données climatiques,
analyses du sol…), et une étude phénologique en milieu contrôlé de plusieurs populations naturelles d’A. thaliana,
échantillonnées dans 4 régions différentes françaises contrastées au niveau climatique (Bretagne, Bourgogne,
Languedoc-Roussillon, Nord Pas-de-Calais). Un tel échantillonnage hiérarchisé revient à décomposer la variance
phénotypique observée suivant différentes échelles spatiales. La question sous-jacente est de savoir à quelle
échelle spatiale est associée l’adaptation, et donc à quel grain de l’environnement correspondent les pressions de
sélection qui agissent sur la durée de floraison et la durée du cycle de vie.
Valeur adaptative de traits phénologiques et des bases génétiques sous-jacentes
Une des questions fondamentales en biologie évolutive est de savoir quelle est la valeur adaptative des
traits présentant une variation dans la nature : quelle est la contribution relative d’un trait phénotypique sur la
fitness en comparaison d’autres traits phénotypiques ? la valeur adaptative d’un trait dépend-elle de l’intensité de
la pression de sélection qui lui est associée ? quel type de sélection agit sur les gènes liés à la variation du trait
phénotypique étudié ? Cinq approches complémentaires peuvent être utilisées pour déterminer la valeur
adaptative d’un trait phénotypique et de ses bases génétiques sous-jacentes (Figure 1). Quatre de ces approches
seront utilisées pour déterminer la valeur adaptative de la durée de floraison et de la durée du cycle de vie.
Relation directe avec la fitness (thèse Benjamin Brachi)
Afin de déterminer la contribution relative de la durée de floraison et de la durée du cycle de vie sur la
production de graines (estimateur de la fitness chez une espèce autogame telle qu’A. thaliana) en comparaison
avec d’autres traits phénotypiques, une analyse d’interactions entre de nombreux traits phénotypiques (‘path
analysis’) sera effectuée sur les mêmes plantes des accessions naturelles et des 13 familles RILs phénotypées en
serre pour la durée de floraison et la durée du cycle de vie (soit plus de 15 000 plantes). Il sera ainsi possible de
tester un éventuel fond génétique (effet ‘famille RIL’) sur le réseau d’interactions entre traits. Un tel phénotypage
sera aussi réalisé pour les plantes phénotypées sur le terrain expérimental (soit plus de 15 000 plantes) afin de
tester un effet environnement sur le réseau d’interactions entre traits pour les accessions naturelles et chaque
famille RIL. Les autres traits phénotypiques mesurés concerneront la croissance végétative, d’autres traits
phénologiques (date de germination et date d’initiation de la floraison), des traits d’histoire de vie liés à la
dispersion (hauteur de la plante et ramifications), et des traits liés à la production de graines (nombre de fruits et
nombre moyen de graines par fruit). En utilisant les ‘path analysis’, il sera ainsi possible de détecter les effets
directs et indirects de la durée de floraison et de la durée du cycle de vie sur la production de graines.
NB : le phénotypage des accessions naturelles et des 13 familles RILs pour la croissance végétative, des
traits d’histoire de vie liés à la dispersion, et des traits liés à la production de graines permettra d’appliquer les
méthodes de cartographie par déséquilibre de liaison et d’analyses QTL pour identifier les bases génétiques et
caractériser l’architecture génétique de ces traits phénotypiques.
Evolution expérimentale (thèse Benjamin Brachi)
Sur plusieurs générations en serre, des populations composites pour la durée de floraison ou pour la durée
du cycle de vie seront soumises à différentes intensités de facteurs écologiques identifiés comme des pressions de
sélection pour le trait phénologique considéré (voir section B2). Les populations composites seront formées à partir
d’une famille RIL pour laquelle des QTLs de durée de floraison ou de durée du cycle de vie auront été identifiés en
serre. Les suivis phénotypique et génétique au cours du temps permettront : (1) de vérifier que le trait étudié est
bien sous sélection en présence de l’agent sélectif appliqué, et (2) d’étudier l’effet de l’intensité de la pression de
sélection sur la vitesse de sélection du trait et des QTLs associés.
Comparaison Fst marqueurs neutres – Fst gène candidat – Qst trait phénologique (thèse Benjamin Brachi)
Collaboration : Valérie Le Corre, INRA, Dijon, Vincent Castric,
La comparaison de la structure entre populations pour des marqueurs génétiques neutres, des
polymorphismes de gènes candidats associés à une variation phénotypique du trait étudié, et le trait luimême permet de déterminer le type de sélection (neutre, uniforme ou hétérogène) qui agit sur le trait étudié. Nous
tirerons bénéfice de l’échantillonnage hiérarchisé de populations françaises d’A.thaliana dans 4 régions différentes
(voir section B2). La descendance des individus échantillonnés sur le terrain sera phénotypée pour la durée de
floraison et la durée du cycle de vie dans un environnement contrôlé, et génotypée avec un multiplexe de 149
SNPs (considérés neutre, Sequanom) ainsi que pour les polymorphismes des gènes candidats associés à ces
deux traits phénologiques (voir section B1). L’échantillonnage hiérarchisé permettra de déterminer le type de
sélection agissant sur la durée de floraison et la durée du cycle de vie à différentes échelles spatiales.
25
Evolution moléculaire
Pour étudier le pattern de sélection des gènes associés à la variation naturelle de la durée de floraison et
de la durée du cycle de vie, les gènes candidats validés fonctionnellement (voir section B1) seront séquencés pour
95 accessions naturelles d’A. thaliana, pour lesquelles 876 fragments à travers le génome ont été séquencés
(Nordborg et al. 2005). Les statistiques classiquement utilisées dans les études d’évolution moléculaire seront
estimées pour les gènes candidats, puis comparer à la distribution empirique de ces mêmes statistiques basée sur
les 876 fragments.
Coévolution dans les systèmes naturels hôte-pathogène
Ce projet fait suite à mon séjour post-doctoral (2006) réalisé dans le laboratoire de Joy Bergelson à
l’Université de Chicago. Il vise dans un premier temps à identifier les bases génétiques de la résistance
quantitative chez A. thaliana aux principales espèces de pathogène, composant la communauté foliaire
bactérienne naturelle des plantes d’A. thaliana. Dans un deuxième temps, l’objectif principal est de mettre en
évidence la coévolution entre A. thaliana et ses pathogènes naturels, en confrontant données empiriques et
modèles théoriques.
Bien que la résistance quantitative soit prépondérante dans les populations naturelles, les bases
génétiques de la résistance quantitative sont très peu connues (voire inconnues) en comparaison des bases
génétiques de la résistance qualitative. L’objectif principal durant mon séjour post-doctoral était donc d’identifier les
bases génétiques de la résistance quantitative chez A. thaliana à 5 souches du pathogène Pseudomonas
viridiflava isolées à partir de populations naturelles d’A. thaliana. L’utilisation de la cartographie par déséquilibre de
liaison chez 192 accessions mondiales d’A. thaliana génotypées pour 250 000 SNPs a permis de rapidement
identifier des gènes candidats de la résistance quantitative (exemples : le gène AT2G39430 impliqué dans la
résistance aux maladies, et le gène MLO13 (MILDEW RESISTANCE LOCUS O 13) conférant une résistance au
mildiou).
Dans un contexte de coévolution, nous avons pu démontrer qu’il existait une corrélation négative entre la
distance phylogénétique entre 2 souches de P. viridiflava et le nombre de gènes candidats communs de la
résistance quantitative chez A. thaliana pour ces 2 mêmes souches de P. viridiflava. De manière caricaturale, pour
2 souches de P. viridiflava proches phylogénétiquement, les gènes de résistance quantitative identifiés chez A.
thaliana sont identiques ; alors que pour 2 souches de P. viridiflava éloignées phylogénétiquement, les gènes de
résistance quantitative identifiés chez A. thaliana sont différents.
De manière réciproque, nous avons mis en évidence une corrélation négative entre la distance génétique
(basée sur les gènes candidats de résistance quantitative) entre 2 accessions d’A. thaliana et le degré de similarité
pour la résistance quantitative aux 5 souches de pathogène entre ces 2 mêmes accessions. De manière
caricaturale, 2 accessions d’A. thaliana avec les mêmes gènes de résistance ont la même résistance quantitative
pour chacune des souches de P. viridiflava ; alors que 2 accessions d’A. thaliana n’ayant aucun gène de
résistance en commun ont une résistance quantitative différente pour chacune des souches de P. viridiflava. Ces
résultats basés sur des arguments génétiques sont les premiers à mettre en évidence la coévolution au sein d’un
système plante-pathogène. A partir d’un modèle théorique en génétique quantitative de la coévolution hôtepathogène (coll. Greg Dwyer, University of Chicago, USA), il est possible d’estimer un taux relatif de coévolution
entre A. thaliana et P. viridiflava. L’étude de différentes populations mondiales indiquerait que ce taux de
coévolution varie fortement d’une région géographique à l’autre.
La poursuite de ce projet passe par l’identification des bases génétiques de la résistance quantitative chez
A. thaliana au pathogène Xanthomonas campestris, un autre pathogène naturel d’A. thaliana (coll. Dominique
Roby, LIPM, Toulouse & Joy Bergelson, University of Chicago, USA) mais aussi un pathogène entraînant de fortes
baisses de rendement des cultures à travers le monde. Le premier objectif de ce projet est de voir s’il existe des
gènes généralistes de résistance quantitative, c’est-à-dire des gènes conférant une résistance à un large spectre
de pathogènes composant la communauté foliaire bactérienne naturelle d’A. thaliana. Le deuxième objectif de ce
projet est de tester si le taux de coévolution avec A. thaliana varie entre P. viridiflava et X. campestris.
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Thème 5: Conservation, changement global et dynamique des invasions
Permanents
Yves PIQUOT, MCF 100%
Nina HAUTEKEETE, MCF 100%
Laurent AMSELLEM, MCF 100%
Frédéric HENDOUX, PAST Conservatoire Botanique National de Bailleul, depuis 2004, 100%
Collaboration interne
Sylvain BILLIARD, MCF, Xavier VEKEMANS (dans le cadre de la collaboration interne avec l'équipe
incompatibilité sur le programme Biscutella neustriaca)
Doctorant
(Thèse à l'interface entre la thématique auto-incompatibilité et la thématique biologie de la conservation,
responsable: Xavier Vekemans)
Nous reconduisons pour les quatre prochaines années toutes les opérations de recherche engagées lors
du précédent quadriennal. Le programme Life nature (LIFE06//Nat/F/137) "endémiques des boucles de la Seine"
porte les travaux sur Viola hispida et Biscutella neustriaca jusqu'en 2011. Pour ces deux espèces ainsi que pour
Liparis loeselii, la pertinence de trois plans nationaux de conservation est actuellement en cours d'évaluation au
MEEDDAT. Ces plans de conservation permettraient de pérenniser ces trois modèles biologiques au laboratoire.
Les projets de recherche fondamentale sont présentés pour chaque modèle dans les paragraphes suivants.
Globalement notre implication va se renforcer dans le domaine de l'ingénierie écologique à travers des opérations
de renforcement et de réintroduction en particulier pour les espèces endémiques des boucles de la Seine. Ces
opérations et leur suivi débuteront en 2009.
Fonctionnement des populations naturelles de Viola hispida (Y Piquot – N Hautekeete)
Le projet sur la Violette de Rouen aborde le problème de la viabilité des populations de cette espèce
micro endémique à faible effectif sous l’aspect du fonctionnement méta-populationnel. Cette espèce est en très
forte régression au vu des derniers recensements et ne semble pas pouvoir coloniser tous les sites potentiellement
favorables. Un dysfonctionnement de la dispersion semble donc possible. La Violette de Rouen est une probable
myrmécochore puisque ce mode de dispersion des graines est décrit pour d’autres violettes et qu’un élaïosome
(structure riches en acides gras, attractive pour les fourmis) est présent. Il reste nécessaire de vérifier la
fonctionnalité de cet élaïosome et la présence de fourmis potentiellement vectrices de dispersion ainsi que leurs
interactions. La dispersion par les fourmis ne peut permettre de grandes distances de dispersion sous nos latitudes
mais peut être un mécanisme indispensable à une dynamique métapopulationnelle dans un habitat non dégradé,
et il sera nécessaire de la prendre en compte dans les travaux d’ingénierie écologique. Un autre aspect du projet
Violette de Rouen est l’étude des adaptations locales des traits d’histoire de vie. Au vu de la nécessité de renforcer
les populations de cette espèce, il semble nécessaire de déterminer les populations à utiliser comme source
d’individus. Les sites de Violette de Rouen sont dans des situations écologiques relativement dissemblables,
principalement en raison d’une orientation Nord du plus gros site face à une orientation globalement Sud Ouest
pour les autres sites, ce qui pourrait théoriquement sélectionner des phénologies de germination et floraison
différentes. Une étude de la phénologie des populations en tant qu’adaptation à l’écologie locale est donc prévue
pour le début du quadriennal.
Fonctionnement des populations naturelles de Biscutella neustriaca (Y Piquot – N Hautekeete)
Le succès reproducteur de Biscutella neustriaca est à la fois limité par la capacité réduite de dispersion du
pollen et dépend donc directement de la densité des individus et par le nombre de donneurs compatibles. Le faible
succès reproducteur mesuré dans certaines populations pourrait être corrigé par une densification de la population,
soit l'augmentation de la densité par l’ajout d'individus, ou par l’ajout de nouveaux allèles d’auto incompatibilité.
Cette opération de renforcement sera mise en place dès 2008-2009 mais sera pour l'instant limitée à une opération
d'auto-renforcement : nous utiliserons des plantes issues de la même population pour évaluer dans un premier
27
temps l'effet de l'augmentation de la densité seule sur le seed set. L’effet de l’ajout d’allèles constitue une autre
étape dépendante des connaissances sur l’adaptation locale des populations.
En effet les analyses de génétique des populations révèlent une forte structuration. Les observations du
calendrier de floraison en populations naturelles révèlent l'existence de décalages phénologiques importants entre
populations avec un écart de plus d'un mois pour des populations présentant des expositions opposées. Comme
pour la violette, la différence d'exposition combinée à une faible capacité de dispersion du pollen et des graines
pourrait théoriquement sélectionner des phénologies de germination et de floraison différentes. Une étude de la
phénologie des populations en tant qu’adaptation à l’écologie locale est donc prévue pour le début du quadriennal.
L'étude de la phénologie des populations sera réalisée en conditions semi-naturelles homogènes au
Conservatoire Botanique National de Bailleul. Les résultats obtenus pour la violette et la biscutelle nous
permettront d'évaluer la pertinence d'opérations de renforcement entre populations.
Dynamique des populations de Liparis de Loesel (Y Piquot – N Hautekeete)
Nous poursuivons enfin des travaux sur le Liparis de Loesel, orchidée protégée à l'échelle de la
communauté européenne, dépendantes d’habitats particulièrement fragiles (bas-marais tourbeux et pannes
dunaires), sensibles à la fois aux modifications de dynamique imposée par les activités humaines littorales et
potentiellement également par le changement climatique global. La dynamique naturelle de création/disparition des
pannes dunaires et bas marais tourbeux est perturbée par l'anthropisation du cordon littoral : seule la dynamique
progressive, qui va vers l’embroussaillement et le comblement, est possible ; la création de nouvelles populations
est particulièrement limitée. Les corridors entre sites semblent peu nombreux. Cette espèce pionnière des pannes
dunaires se retrouve donc confrontée à la disparition de ses habitats par embroussaillement. De plus la gestion
actuelle du cordon dunaire par fixation des dunes tend à faciliter le comblement par le sable et donc l’abaissement
relatif des niveaux d’eau, accélérant l’embroussaillement. Selon les modèles théoriques, la compétition
interspécifique peut engendrer différentes réponses : (1) diminution de la reproduction et de la survie de l’individu
en conséquence de la compétition pour les ressources, (2) augmentation de la reproduction par plasticité
phénotypique au détriment de la survie (escape strategy). D’autre part des modèles montrent que les génotypes
les plus aptes à la dispersion ont tendance à disparaître du site par effet statistique par rapport aux génotypes les
moins aptes à la dispersion qui ne peuvent que rester sur place (Olivieri et al. 1995). Il est nécessaire dans ce
contexte de comprendre le lien entre la dynamique de végétation et la dynamique des populations du Liparis de
Loesel.
Biologie des invasions (Laurent Amsellem) :
Le projet ci-après fait actuellement l'objet d'une demande ANR-Biodiversa.
Ce projet de recherche proposé se place dans une démarche Génétique / Biologie des Populations et de
reconstruction phylogéographique de S. inaequidens à différentes échelles géographiques, afin :
d'identifier des populations fondatrices dans l'aire d'introduction, et d'éventuellement les rapprocher
génétiquement de certaines localités sud africaines (échelle continentale). Cette démarche devra
nécessairement comporter une phase de clarification taxonomique – à l’aide d’outils moléculaires
(marqueurs microsatellites, ITS, barcoding) – des populations étudiées dans l’aire d’introduction, et qui
permettra d’affiner les origines putatives les différentes populations fondatrices dans l’aire d’introduction.
de mieux comprendre les routes migratrices empruntées par S. inaequidens en Europe ("couloirs
migratoires" ? Réseaux de flux géniques interconnectés entre différentes populations et / ou localités? ;
échelles locale et populationnelle).
De comparer certains traits biologiques entre les régions du Nord et de Méditerranée (phénologie,
caractères liés à la reproduction et à la vigueur des individus) en dupliquant des expérimentations en
conditions naturelles entre les régions du Nord et méditerranéenne (Montpellier), et également en
développant des expérimentations de transplantations réciproques en jardins contrôlés.
Le travail de reconstruction phylogéographique actuellement en cours a permis de mettre en évidence
certaines pistes, et il est maintenant nécessaire de les affiner à l'aide de nouveaux marqueurs moléculaires. Notre
choix s'est porté sur le développement de marqueurs microsatellites nucléaires, qui nous permettront de confronter
les données cytoplasmiques et nucléaires afin de préciser le message phylogéographique initialement obtenu.
Plus précisément, ce travail prendra place entre 2 régions climatiquement bien contrastées entre le Nord et
le Sud de la France (Lille et Montpellier), et s'intéressera à :
(i)
acquérir des données biologiques et écologiques sur S. inaequidens en populations naturelles.
Caractérisation du fonctionnement (dynamiques spatiale et temporelle) des populations (choix représentatif
de populations situées à des distances compatibles avec de possibles flux géniques entre elles). Les
paramètres biologiques considérés sont l'estimation et la caractérisation de la diversité génétique,
l'existence de flux de gènes post-zygotiques entre populations proches, l'estimation de la valeur sélective
des individus selon ses composantes végétative (taux de survie et de croissance), et reproductrice (ratio
graines / fleurs produites, taux de germination et survie des plantules, quantification de la reproduction
28
(ii)
(iii)
végétative si rencontrée). Des expérimentations en conditions contrôlées permettront d'effectuer des
comparaisons intraspécifiques et interlocalités sur la biologie de la reproduction (évolution du ratio auto /
allofécondation). Des mesures de caractères écologiques seront également menées : estimation et
caractérisation de la banque de graines, description de la phénologie, caractérisation de l'allocation des
ressources entre croissance / reproduction / et défenses chimiques, mesures morphométriques effectuées
sur des parties des propagules impliquées dans leur capacité dispersante.
dissocier les parts environnementale (plasticité) et adaptative (génétique) des différents attributs invasifs
constatés sur ce gradient, grâce à des transplantations réciproques en champs expérimentaux. Mesures
en champs expérimentaux (à Lille et Montpellier) sur des transplantations réciproques. Mesures des
phénologies et des vigueurs végétatives et reproductives (selon les mêmes critères considérés en
populations naturelles), ainsi que l’évolution de ces paramètres sur 3 années. Parallèlement, des réponses
de la germination des graines à la température ainsi que des tests de sensibilité au gel seront effectués en
laboratoire.
utiliser les données précédemment acquises afin de paramétrer un modèle numérique, pour prédire à long
terme l'évolution des aires de répartition de ces espèces. Les données acquises en populations naturelles
et en champs expérimentaux durant trois années permettront de paramétrer un modèle d’aire de répartition
d’espèce fondé sur les processus climatiques (Chuine & Beaubien 2001), et de l'affiner avec les mesures
effectuées lors des années suivantes. Ce modèle a été initialement développé pour des espèces ligneuses
(PHENOFIT). Dans un premier temps, une adaptation du modèle aux espèces herbacées pérennes (S.
inaequidens) doit être réalisée. Dans un second temps, le modèle sera paramétré sur la base des données
expérimentales et de terrain acquises. Dans un troisième temps une simulation de la répartition potentielle
de ces deux espèces sera effectuée sous climat actuel pour déterminer les régions qui devraient être
envahies par chacune de ces deux espèces au terme de la colonisation. Enfin, le modèle sera utilisé pour
prédire l’évolution de l’aire de répartition de S. inaequidens sous l’effet de différents scénarios d’évolution
du climat issus du rapport IPCC (Intergouvernemental Panel on Climate Change) publié en 2007.
29
30
Vie collective et gouvernance de l'unité
Nous souhaitons reconduire le fonctionnement mis en place au cours du contrat 2006-2009:
Un comité de direction composé des responsables de thèmes et du directeur de l'unité se réunit
régulièrement (en moyenne une fois par mois) pour élaborer la politique générale de l'UMR dans les
domaines scientifiques et pédagogiques, pour discuter des orientations budgétaires et de la politique de
recrutement des personnels statutaires et temporaires.
Une réunion de laboratoire ouverte à l'ensemble des personnels est organisée chaque semaine. Les
informations importantes pour la vie de l'unité y sont échangées.
Une réunion hebdomadaire des utilisateurs de la plate forme d'écologie moléculaire du laboratoire permet
de fixer les plannings d'utilisation des matériels et de planifier les achats de consommables.
De même une réunion des utilisateurs du service des serres est organisée tous les mois pour organiser
l'utilisation des espaces de culture et faire le point sur les expérimentations en cours.
Enfin des réunions de travail ponctuelles sont convoquées en fonction des besoins particuliers
(planification des enseignements, organisation des missions, …).
Politique d'animation scientifique de l'unité
Nous organisons régulièrement, en moyenne tous les 15 jours, un cycle de séminaire scientifique d'une
heure. Ce cycle comprend des présentations scientifiques des membres permanents, doctorants et post doctorants
de l’Unité, mais surtout des conférences d'invités extérieurs à l'unité. Ce cycle de conférences est étroitement
couplé à la formation des étudiants des parcours recherche du Master Biodiversité et Ecosystèmes Continentaux
et Marins dans lequel le laboratoire est profondément investi. Cette activité est prise en charge de manière
tournante par les différents membres de l'unité. Sylvain Billiard en est actuellement le responsable.
Objectifs de recrutement du laboratoire au cours du prochain contrat
Enseignants-chercheurs et chercheurs
Au cours du présent contrat, nous avons pu utiliser efficacement les supports universitaires redéployés en
direction de notre unité afin de conforter les programmes de recherches existants (H Frérot, MCF, sur le thème
"évolution de la tolérance aux métaux lourds") et permettre l'émergence du nouveau projet original animé par
Xavier Vekemans (S Billiard, MCF, ATIP CNRS "évolution de l'autoincompatibilité") en utilisant largement le vivier
de recrutement disponible en biologie de l'évolution et en génétique des populations. Nous avons aussi renforcé le
potentiel CNRS par le recrutement de Fabrice Roux (CR) sur le thème "génomique évolutive de l’adaptation".
Nous souhaitons au cours du prochain contrat quadriennal (i) renforcer le potentiel MCF/PR et (ii) amplifier
le potentiel CNRS de notre unité. En fonction de l'évolution des thématiques de l'unité, les besoins les plus
importants concernent:
Le renforcement de thèmes existants
Un professeur en section CNU 67sur le profil "génomique des populations". Le candidat recruté animera un
groupe de recherche sur l'étude des facteurs génétiques impliqués dans la dynamique évolutive des
systèmes de reproduction et leur impact sur la diversité moléculaire des génomes. Le départ en retraite de
Henk Van Dijk prévu pour septembre 2010 accentue ce besoin.
Un maître de conférences en section CNU 67 sur le profil "Evolution moléculaire et génétique de
l'adaptation" afin de renforcer le thème "Génétique et évolution de l'adaptation aux environnements pollués
par les métaux lourds" (resp. P. Saumitou-Laprade) et d'y renforcer les compétences de génétique des
populations et d’évolution moléculaire.
un MCF en section 67 sur le profil "Biologie et démographie des populations végétales" afin de renforcer le
thème évolution de l'auto-incompatibilité" (resp. X Vekemans) et d'y prendre en charge la modélisation de
la dynamique des populations en intégrant les paramètres du système de reproduction.
L'émergence de programmes transversaux
Un chercheur sur un profil "évolution moléculaire" (section 29 du CNRS), ayant une expertise en
génomique comparative pour mettre en place un projet de recherche sur les mécanismes d'évolution des
régions chromosomiques autour de locus soumis à sélection: locus d'auto-incompatibilité, génome
mitochondrial des plantes et stérilité mâle, gènes de tolérance,….
31
Un chercheur à l’interface entre biologie évolutive et biologie intégrative (sections 28/29 du CNRS), ayant
une expertise en génétique et physiologie moléculaire végétale pour mener l'étude génétique et
fonctionnelle des gènes impliqués dans des caractères adaptatifs ou du cycle de vie chez Arabidopsis.
IATOS/ITA
Nos besoins vont croissant suite à l'augmentation du potentiel de notre unité. Les priorités absolues
concernent l'affichage d'un profil IE pour la gestion de la plate forme d'écologie moléculaire et d'un T en Bap A pour
soutenir l'émergence de l'ATIP de Xavier Vekemans et plus généralement conforter le service d'écologie
moléculaire et de génomique des populations de l'unité dont le débit augmente significativement, en particulier
suite au recrutement de Fabrice Roux (CR CNRS) et au démarrage des programmes soutenus par l'ANR.
Actuellement deux personnels permanents y sont affectés: une technicienne CNRS et une technicienne USTL (en
congé parental), auxquels s'ajoutent des personnels CDD sur contrat. Il manque cruellement un personnel
d'encadrement pour diriger la plateforme et assurer les activités de développement technique et d'encadrement.
Profils
1. Ingénieur d'étude en techniques biologiques: responsabilité du plateau d'écologie moléculaire de
l'unité, analyse du polymorphisme de l'ADN, génomique structurale et comparative
2. Technicien biologiste. Soutien technique de l'équipe ATIP de Xavier Vekemans et service commun de
l'unité (génotypage, séquençage).
32
2 – Hygiène et sécurité
Identification des problèmes à résoudre au cours du prochain contrat et moyens envisagés pour y parvenir.
Risque Chimique
Nous disposons de deux hottes d’extraction qui n’ont fait l’objet d’aucune mesure de contrôle depuis
plusieurs années : pour celle située salle 220 le dernier contrôle remonte à 1997. Le résultat n’était pas conforme
et aucune disposition n’a été prise par l’établissement. C’est sous cette enceinte que nous devrions utiliser du
mercaptoéthanol et du phénol pour les extractions d’ADN. La deuxième hotte dite « d’attaque » est située en salle
118. Elle a été installée en Mai 2002 selon les spécificités d’utilisations définies dans le cahier des charges
proposé par l’ACMO. Les manipulations concernées étaient des minéralisations d’extraits de sols nécessitant
l’emploi d’acides forts portés à haute température. C’est sous cette enceinte de conception plus récente mais
n’ayant encore jamais été contrôlée que nous manipulons aujourd’hui tous les produits toxiques ou nocifs des
protocoles que nous employons. La localisation excentrée de cette hotte par rapport à nos laboratoires de BM
(étage inférieur) est contraignante et nécessite un déplacement dans les escaliers qui accrût encore les risques
déjà existant.
Nous avons répondu à l’inventaire demandé par l’UFR de biologie en décembre 2007 pour le repérage des
hottes d’extraction non fonctionnelles et non conformes. Ces 2 enceintes y figurent.
Nous sommes très attentifs aux suites qui seront données à cette enquête pour l’amélioration de nos
conditions de travail.
Risque Incendie
Les aménagements réalisés par l’université en 2007 concernant ce risque sont indéniable. Il reste
cependant que deux des trois portes d’accès principales du bâtiment, remplacées en novembre 2007 pour vétusté,
ne sont toujours pas mises en service. Nous ne pouvons ni entrer ni sortir par ces accès. Les portes sont
maintenues fermées en attendant que le raccordement électrique à la future alarme anti-intrusion puisse se faire.
Nous avons fait plusieurs requêtes auprès de l’Université pour que ces portes soient rapidement fonctionnelles
notamment en cas de nécessité d’évacuer pour cause d’incendie, mais elles sont restées infructueuses.
Risques d’accidents liés à l’infrastructure vieillissante du bâtiment
Très régulièrement et de plus en plus souvent l'ACMO du laboratoire intervient auprès des services de la
logistique de l'Université pour signaler qu'une intervention de maintenance est nécessaire. Le vieillissement des
locaux et le manque d’entretien ne font qu’accroître le degré de gravité et la fréquence des requêtes. En plus du
vieillissement, les installations sont aujourd’hui devenues non conforme.
L’Université a démarré un programme de réhabilitation de notre bâtiment mais les échéances sont très
longues (changement des fenêtres en 2003, pose des portes coupe feu 2007, mise en service des accès ?…).
Nous méconnaissons le programme des travaux envisagés par les instances universitaires ainsi que le calendrier
d‘exécution. D’une manière générale, concernant toutes les interventions qui ont lieu dans le bâtiment, d’une part
nous souhaiterions être mieux informés et participer au choix et à l’organisation des travaux d’installations
programmés par les services de l’Université. Ceci afin de mieux répondre à la prévention des risques auxquels
nous sommes exposés et que nous connaissons bien mais également afin de faire correspondre les travaux dans
nos périodes de plus faibles activités.
D’autre part, nous souhaiterions que la finalisation des travaux entrepris soit effective et accomplie dans un
délais raisonnable.
Enfin, nous demandons d’être destinataires en copie, des rapports d'intervention de tous les organismes
agréés, qu’il s’agisse du contrôle des installations électriques, de la détection d'amiante ou du passage de la
commission communale de sécurité.
L’électricité : nous faisons l’objet de fréquentes coupures de courant qui mettent en défaut nos protocoles.
Toutes les pièces ne sont pas équipées de différentiel de 30mA où se trouvent pourtant des machines
sensibles. Depuis 1997, nous faisons la demande, auprès de la direction de la logistique immobilière (DLI)
universitaire, de la réhabilitation complète du réseau électrique du bâtiment. Malgré plusieurs relances et
malgré l’investissement financier du laboratoire pour pallier au plus urgent, nous n’avons pas obtenu
satisfaction.
L’accès au bâtiment : Nous avons eu l’occasion de signaler au cours des rapports successifs depuis 1997,
les problèmes liés à l’insécurité dans notre bâtiment de recherche. Il n'existe pas de contrôle d'accès aux
entrées du bâtiment, l’insécurité subsiste. L’accès au bâtiment est codé à l’exception de quelques plages
horaires. En période sensible, le bâtiment est maintenu codé en permanence. Les personnels ferment leur
bureau dès qu’ils le quittent y compris pour quelques instants. Ces mesures sont contraignantes.
Nous souhaitons que notre bâtiment soit sécurisé par l’installation d’une alarme anti-intrusion avec accès
contrôlé. Le cahier des charges de ce projet a été co-signé par les directeurs des 2 unités de recherche locataires
33
du bâtiment. Ce cahier a été transmis au service compétent universitaire en Novembre 2007. Nous sommes sans
nouvelles.
Accueil des nouveaux entrants
Les personnes nouvellement nommées ne se sentent pas toujours concernées par les informations
dispensées lors de l’accueil, elles évitent l’exposé pensant qu’il ne concerne que les personnes en cours
d’apprentissage (CDD, stagiaires, doctorants, post-docs…). C’est une mauvaise interprétation que nous devons
corriger pour ne pas restreindre l’information sécurité aux seules personnes en séjour temporaire.
L’exposition aux différents risques est liée principalement au vieillissement de notre infrastructure et à
l’inadéquation qui existe aujourd’hui entre les exigences d’environnements technologiques de nos activités de
recherche et l’environnement proposé par nos locaux conçus il y a une trentaine d’années et par ailleurs peu
entretenus.
Pour résoudre au mieux les problèmes évoqués ci dessus, les différents responsables des unités de
recherche du bâtiment accompagnés de leurs ACMO ont mené une réflexion commune sur la nécessité de
réaménager le bâtiment en fonction d’une part des augmentations d’effectifs dans les unités maintenues
(redistribution des surfaces d’occupations) et d’autre part la nécessité de créer et d’équiper de nouveaux
laboratoires pour le développement des nouvelles thématiques de recherche.
Ce nouvel aménagement propose des mises en commun de surfaces pour les différentes unités qu’il
s’agisse de laboratoires, de salle de réunions ou de salles archives. Nous profitons de ce redéploiement de
surfaces et de leur nouvelle affectation technologique pour associer à la demande une mise en conformité de
l’environnement de vie.
Le dossier a été transmis à l’automne 2007 au vice président de l’université chargé des questions
d’aménagement et de sécurité sur le campus universitaire. Il n’a pas été présenté au budget 2008. Nous réitérons
notre demande pour 2009.
Conclusion
Le laboratoire a investi en temps et en coût pour essayer de répondre au mieux aux exigences formulées
dans le rapport établi conjointement par les ingénieurs sécurité du CNRS et de l’Université en Juillet 1997.
Nous sommes toujours dans l’attente d’une réelle prise en charge des problèmes d’infrastructure liés au
vieillissement du bâtiment.
Nous comptons beaucoup sur l’importance que donneront les services universitaires à la réflexion
commune que nous avons menée au sein de notre bâtiment de recherche pour le réaménagement de nos locaux.
Nous espérons que cette démarche concertée intéressera nos responsables et donnera des nouvelles
perspectives d’installations tenant compte des mises en conformité.
34

Laboratoire de Génétique et Evolution des Populations Végétales

Transcription

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