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Différentes stratégies génétiques au sein d’une population pour s’adapter au changement climatique

Mis à jour le 23/01/2018
Publié le 23/01/2018
Mots-clés : CLIMAT-1 - SPE

A quel rythme une population évolue - et comment évolue-t-elle - dans un milieu hétérogène ?

Dans un récent article publié dans la revue Nature Ecology & Evolution (DOI: 10.1038/s41559-017-0297-1), l’équipe de Fabrice Roux a identifié une nouvelle forme d’architecture génétique permettant une évolution phénotypique rapide face au changement climatique sans affecter la variation génétique présente au sein des populations sauvages d’Arabidopsis thaliana.  Fruit d’une collaboration étroite entre deux doctorants de l’équipe « Génomique écologique de l’adaptation dans les communautés végétales » du LIPM, cet article a été co-écrit par Léa Frachon (cofinancement Labex TULIP - Région Midi-Pyrénées) et Cyril Libourel (financement Université Paul Sabatier).
A quel rythme une population évolue - et comment évolue-t-elle - dans un milieu hétérogène ?
Le dispositif expérimental au champ. © Inra, Fabrice Roux
Le dispositif expérimental au champ © Inra, Fabrice Roux
Le projet, lancé à l’origine par Fabrice Roux lors de sa thèse en 2001, partait de l’échantillonnage de graines d’une population sauvage d’Arabidopsis thaliana (arabettes) dans les prairies de son Morvan familial, cette population ayant subi une hausse de température de plus de 1°C sur les 30 dernières années. Récoltant les graines de 80 plantes en 2002 et de 115 plantes en 2010, il les a ensuite sorties de leur dormance pour les semer en septembre 2012. Cette population d’arabette évoluant dans un milieu aux caractéristiques très variables, et plus précisément sous une clôture séparant deux prairies permanentes présentant elles-mêmes trois types de sols et des communautés végétales associées contrastées, les graines ont été semées dans six micro-habitats représentatifs. Pendant 9 mois, les plantes ont par la suite été mesurées pour 29 traits représentant les étapes clés de leur cycle de vie.

Une adaptation très rapide. Les auteurs de l’article observent une adaptation phénotypique très rapide quel que soit le micro-habitat considéré. Par exemple, les plantes de 2010 fleurissent en moyenne 6 jours plus tard que les plantes de 2002. Ces résultats suggèrent une évolution de la population vers un nouvel optimum phénotypique en moins de 8 générations.

Des stratégies génétiques différentes. Bien que les auteurs de l’article aient observé une évolution phénotypique de la population qui était similaire entre les micro-habitats testés, les lignées génétiques les plus proches du nouvel optimum phénotypique n’étaient pas les mêmes, suggérant différentes bases génétiques adaptatives selon le micro-habitat considéré. En séquençant le génome des 195 lignées génétiques et en réalisant des études d’association génétique, les auteurs ont confirmé cette hypothèse. Ainsi, pour répondre au changement climatique, cette population locale d’arabettes a évolué vers un nouvel optimum phénotypique en adoptant différentes stratégies génétiques selon les micro-habitats. Un tel mécanisme permettrait donc le maintien de la diversité génétique en présence de sélection naturelle.

Les populations en général pourraient donc évoluer et s’adapter, sans perte de diversité génétique. C’est un résultat qui laisse à penser qu’il faudra non seulement conserver la diversité des espèces mais aussi la diversité génétique au sein d’une même espèce si l’on souhaite lui permettre de répondre aux changements globaux à venir. La sélection naturelle aurait favorisé cette architecture génétique permettant de s’adapter à des pressions de sélection qui peuvent être très fluctuantes au cours des générations. Telle est la conclusion de Fabrice Roux.

Léa Frachon, Cyril Libourel, Fabrice Roux. Intermediate degrees of synergistic pleiotropy drive adaptive evolution in ecological time. Nature Ecology & Evolution (2017). DOI: 10.1038/s41559-017-0297-1

Contact : Fabrice Roux, Unité LIPM, Département SPE, Centre INRA Occitanie Toulouse