ECOLOGIE DES POPULATIONS EN LIMITE D ’AIRE DE REPARTITION A PPROCHES THEORIQUES ET EMPIRIQUES UNIVERSITE : Université Lille 1 – Sciences et Technologies ÉCOLE DOCTORALE : Sciences de la Matière, du Rayonnement et de l’Environnement. FILIERE DOCTORALE : Géosciences, Écologie, Paléontologie, Océanologie ENCADREMENT : Anne Duputié (MCF ; [email protected]; 03 20 33 49 91) Jean-François Arnaud (PR ; [email protected]; 03 20 33 63 97) LABORATOIRE D’ACCUEIL : Laboratoire Évolution Écologie Paléontologie (Université Lille 1/CNRS UMR 8198). Équipe Évolution et Écologie, Thématique Adaptation aux changements climatiques et écologie évolutive en milieux anthropisés dirigé par J.-F. Arnaud (8 enseignants-chercheurs permanents). FINANCEMENT ACQUIS: 50% Région Nord-Pas de Calais et Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité 50% Université Lille 1. CONTEXTE : Les changements globaux (fragmentation des habitats, pollution, changement climatique) exercent des pressions de sélection qui se traduisent par des réponses différentes propres à chaque espèce. Ces réponses incluent une combinaison de changements démographiques, de migration, et de modification de traits d’histoire de vie, soit par plasticité phénotypique, soit par adaptation génétique [1–6]. En limite d’aire de répartition, on peut s’attendre (i) à ce que les populations, peu denses, évoluent vers des systèmes de reproduction dits autogames [7], (ii) à un changement du cortège de pollinisateurs [8], ou encore (iii) à une évolution vers des capacités de dispersion accrues [9]. Toutefois, ces prédictions ne sont pas toujours validées dans les systèmes naturels [10]. OBJECTIFS ET METHODES : ce travail de thèse vise à quantifier les variations de traits affectant la démographie et les flux géniques entre le centre et les limites de l’aire de répartition géographique d’une espèce. Le projet implique un volet de modélisation de l’évolution de traits liés à l’adaptation locale et à la capacité de dispersion en limite d’aire, et une validation via des mesures de traits sur le terrain et en jardin commun : capacité de dispersion, système de reproduction, interactions avec des pollinisateurs. Le modèle développé sera fondé sur des hypothèses de génétique quantitative : le phénotype est déterminé par de multiples locus à faible effet [11], et la valeur sélective des individus est liée à l’adéquation entre leur phénotype et le phénotype localement optimal, en présence de flux géniques entre populations [12–14]. L’enjeu sera ici d’étudier l’évolution de traits gouvernant la structure génétique des populations : système de reproduction et distance de dispersion (ici modélisée comme un processus de diffusion). Ce modèle sera étudié de manière analytique et, lorsque cela sera nécessaire, par simulation numérique. Les prédictions de ce modèle seront testées sur cinq espèces végétales annuelles montrant une limite d’aire de répartition dynamique en région Nord-Pas de Calais. Toutes ces espèces ont naturellement une répartition littorale ; trois d’entre elles montrent une dynamique d’expansion le long d’axes routiers, la quatrième est en limite nord de répartition et semble s’étendre vers le nord ; et la dernière est en limite sud de répartition et en régression. Le (la) doctorant(e) effectuera des mesures directes et indirectes (par génotypage, sur trois des espèces) des capacités de dispersion et du système de reproduction de populations situées sur un continuum du centre vers les limites de l’aire de répartition. Pour déterminer à quel degré les différences observées sont d’origine génétique ou plastique, ces mesures seront répétées en jardin commun. En outre, le(la) candidat(e) étudiera les variations géographiques des interactions avec les pollinisateurs. L’originalité du projet réside en (i) une approche complémentaire de modélisation et de tests empiriques d’hypothèses, (ii) l’étude conjointe de différents traits influant la dynamique des aires de répartition [15]. COLLABORATIONS LOCALES ET EXTERNES : Outre les encadrants de thèse, le doctorant recevra des appuis locaux. Pour le travail de terrain, des partenariats sont établis avec des structures gestionnaires de sites (qui pourront aider à la collecte) ; Nina Hautekèete (MCF) et Yves Piquot (MCF) participeront à la collecte sur le terrain et aux mesures de traits. François Massol (CR CNRS) aidera à la formalisation mathématique des modèles. Cécile Godé (AI CNRS) et Éric Schmitt (T) participeront aux travaux de génotypage (CG) et de culture en jardin commun (ES). Le (la) doctorant(e) recevra également l’appui de stagiaires pour l’échantillonnage des pollinisateurs, pour les analyses génétiques et pour les mesures directes des capacités de dispersion. Des collaborations externes au laboratoire sont également envisagées. MOTS-CLES : biogéographie, communautés d’espèces, évolution, génétique des populations, génétique quantitative, interactions plantes-pollinisateurs, mesures de traits d’histoire de vie, modèles de distribution d’espèces. PROFIL RECHERCHE : Le (la) candidat(e) devra être titulaire d’un master en écologie et/ou évolution. Le travail de thèse impliquera du travail de terrain, mais aussi de l’analyse de données, de modèles ainsi que de la programmation. Une expérience n’est bien sûr pas requise dans tous ces domaines, mais le(la) candidat(e) doit avoir une expérience dans au moins l’un de ces champs et montrer son intérêt pour diversifier ses talents. Une capacité à travailler en équipe, de l’esprit d’initiative et une bonne maîtrise de l’anglais seront appréciés. CALENDRIER : Année 1 : élaboration du modèle et mesures de dépendance aux pollinisateurs en jardin commun (par ensachages), évaluation des communautés de pollinisateurs in situ. Année 2 : analyse (mesures directes et indirectes) des taux de dispersion des différentes populations, analyse du modèle et des données issues des expériences de l’année 1. Année 3 : analyse des données et modèles et communication des résultats. DOSSIER DE CANDIDATURE (PAR MAIL) : [email protected] (à contacter aussi pour plus de renseignements) - lettre de motivation - CV - attestation de soutenance prochaine de M2 - coordonnées de l’encadrant de stage de M2 RÉFÉRENCES : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Bradshaw, W.E. and Holzapfel, C.M. (2006) Evolutionary response to rapid climate change. Science 312, 1477–1478 Thuiller, W. et al. (2008) Predicting global change impacts on plant species’ distributions: Future challenges. Perspect. Plant Ecol. Evol. Syst. 9, 137–152 Lavergne, S. et al. (2010) Biodiversity and climate change: integrating evolutionary and ecological responses of species and communities. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 41, 321–350 Kremer, A. et al. (2012) Long-distance gene flow and adaptation of forest trees to rapid climate change. Ecol. Lett. 15, 378–392 Franks, S.J. et al. (2014) Evolutionary and plastic responses to climate change in terrestrial plant populations. Evol. Appl. 7, 123–39 Merilä, J. and Hendry, A.P. (2014) Climate change, adaptation, and phenotypic plasticity: the problem and the evidence. Evol. Appl. 7, 1–14 Griffin, P.C. and Willi, Y. (2014) Evolutionary shifts to self-fertilisation restricted to geographic range margins in North American Arabidopsis lyrata. Ecol. Lett. 17, 484–490 Moeller, D.A. et al. (2012) Reduced pollinator service and elevated pollen limitation at the geographic range limit of an annual plant. Ecology 93, 1036–1048 Darling, E. et al. (2008) Increased seed dispersal potential towards geographic range limits in a Pacific coast dune plant. New Phytol. 178, 424–35 Herlihy, C. and Eckert, C. (2005) Evolution of self-fertilization at geographical range margins? A comparison of demographic, floral, and mating system variables in central vs. peripheral populations of Aquilegia. Am. J. Bot. 92, 744–751 Falconer, D.S. and Mackay, T.F.C. (1996) Introduction to Quantitative Genetics, (4th edn) Benjamin Cummings. Pease, C.M. et al. (1989) A model of population growth, dispersal and evolution in a changing environment. Ecology 70, 1657–1664 Kirkpatrick, M. and Barton, N.H. (1997) Evolution of a species’ range. Am. Nat. 150, 1–23 Duputié, A. et al. (2012) How do genetic correlations affect species range shifts in a changing environment? Ecol. Lett. 15, 251–259 Hargreaves, A.L. and Eckert, C.G. (2014) Evolution of dispersal and mating systems along geographic gradients: implications for shifting ranges. Funct. Ecol. 28, 5–21