Proposition de thèse financée Lille - GEPV

E COLOGIE DES POPULATIONS EN LIMITE D ’ AIRE DE REPARTITION
A PPROCHES THEORIQUES ET EMPIRIQUES
U NIVERSITE : Université Lille 1 – Sciences et Technologies
É COLE DOCTORALE : Sciences de la Matière, du Rayonnement et de l’Environnement.
F ILIERE DOCTORALE : Géosciences, Écologie, Paléontologie, Océanologie
E NCADREMENT :
Anne Duputié (MCF ; anne.dup[email protected]; 03 20 33 49 91)
Jean-François Arnaud (PR ; [e-mail]; 03 20 33 63 97)
L ABORATOIRE 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).
F INANCEMENT ACQUIS : 50% Région Nord-Pas de Calais et Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité
50% Université Lille 1.
C ONTEXTE : 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].
O BJECTIFS 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].
C OLLABORATIONS 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.
M OTS - 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.
P ROFIL 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.
C ALENDRIER :
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.
D OSSIER DE CANDIDATURE ( PAR MAIL ) : [e-mail] (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
R ÉFÉRENCES :
1 Bradshaw, W.E. and Holzapfel, C.M. (2006) Evolutionary response to rapid climate change. Science 312, 1477–1478
2 Thuiller, W. et al. (2008) Predicting global change impacts on plant species’ distributions: Future challenges.
Perspect. Plant Ecol. Evol. Syst. 9, 137–152
3 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
4 Kremer, A. et al. (2012) Long-distance gene flow and adaptation of forest trees to rapid climate change. Ecol. Lett.
15, 378–392
5 Franks, S.J. et al. (2014) Evolutionary and plastic responses to climate change in terrestrial plant populations. Evol.
Appl. 7, 123–39
6 Merilä, J. and Hendry, A.P. (2014) Climate change, adaptation, and phenotypic plasticity: the problem and the
evidence. Evol. Appl. 7, 1–14
7 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
8 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
9 Darling, E. et al. (2008) Increased seed dispersal potential towards geographic range limits in a Pacific coast dune
plant. New Phytol. 178, 424–35
10 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
11 Falconer, D.S. and Mackay, T.F.C. (1996) Introduction to Quantitative Genetics, (4th edn) Benjamin Cummings.
12 Pease, C.M. et al. (1989) A model of population growth, dispersal and evolution in a changing environment.
Ecology 70, 1657–1664
13 Kirkpatrick, M. and Barton, N.H. (1997) Evolution of a species’ range. Am. Nat. 150, 1–23
14 Duputié, A. et al. (2012) How do genetic correlations affect species range shifts in a changing environment? Ecol.
Lett. 15, 251–259
15 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