Le phénotype étendu :

Ecologie: concepts et théories
Le phénotype étendu :
du gène à l’écosystème
Grégoire FRESCHET
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype = caractéristiques d’un organisme résultant de
l’interaction entre ses gènes et son environnement :
-
Morphologiques
Biochimiques
Physiologiques
Phénologiques
Comportementales
TRAITS
FONCTIONNELS
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype ‘traditionnel’
= Les organismes s’adaptent ou subissent leur environnement :
Gradient de lumière
Ex :
Plantes
Trait
morphologique
Gradient de nutriments
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype étendu
(Richard Dawkins, 1982)
= les gènes d’un organisme
ont des effets au-delà de
l’organisme lui-même sur les
communautés d’organismes
et sur les propriétés des
écosystèmes
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple du peuplier
(Whitham et al., 2006)
Tannins = Composés secondaires du métabolisme de la plante
capables de précipiter des protéines
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple du peuplier
(Whitham et al., 2006)
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple du peuplier
(Whitham et al., 2006)
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Certains gènes de certaines espèces sont à l’origine d’effets
majeurs sur les communautés et écosystèmes
Tous les gènes n’ont pas nécessairement d’influence à
l’échelle des communautés et de l’écosystème
Toutes les espèces n’ont pas nécessairement d’effet majeurs
Il est donc important d’identifier :
- les espèces fondatrices,
- leurs traits fonctionnels d’effets
- les gènes associés
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype = caractéristiques d’un organisme résultant de
l’interaction entre ses gènes et son environnement
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype étendu
Gradient de lumière
Flux de
litières
Gradient de nutriments
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Gradient de lumière
TRAITS FONCTIONNELS
DE REPONSE
Flux de
litières
TRAITS FONCTIONNELS
D’EFFET
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Les espèces fondatrices sont également sous l’influence
d’autres espèces
Exemple du peuplier
(Bardgett & Wardle 2003)
Herbivorie :
à Augmente la libération d’exsudats
racinaires
à Modifie la production de litières
à Induit la production de composés
secondaires tels les tannins
TRAITS FONCTIONNELS DE REPONSE
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Les espèces fondatrices sont également sous l’influence
d’autres espèces
Exemple du peuplier
(Bardgett & Wardle 2003)
Herbivorie :
à Augmente la libération d’exsudats
racinaires
à Modifie la production de litières
à Induit la production de composés
secondaires tels les tannins
TRAITS FONCTIONNELS DE REPONSE
ET D’EFFET
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Les espèces fondatrices modifient leur propres conditions
environnementales :
à Concept de boucle rétroactive (positive / négative)
à Chaine de réponses
et d’effets
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype étendu
Implications pour l’évolution des populations d’organismes :
Interactions gènes-environnement déterminent les
phénotypes d’organismes sélectionnés
â
Interactions gènes-environnement-biota déterminent les
phénotypes de communautés sélectionnés
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype étendu
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype étendu
Tentative d’incorporer à la génétique des communautés les
notions d’espèces fondatrices, de diversité biologique,
d’interactions trophiques, et de processus écosystémiques
à Approche intégrative faisant le lien entre évolution et
écologie
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Application :
à Comprendre et prédire la valeur sélective d’un gène en
environnement complexe en estimant son impact nonseulement sur la réponse d’un organisme, mais aussi ses
effets sur l’environnement, et rétroactivement sur luimême.
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple du peuplier
(Whitham et al., 2006)
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Alnus tenuifolia
Populus balsamifera
Exemple des ripisylves
(Schimel et al., 1998)
Peuplier
à Ralentit les processus de
décomposition des litières
à Limite les processus de
minéralisation de l’azote
Aulne
à Accélère les processus de
décomposition des litières
à Augmente la disponibilité en
azote du sol par fixation de
N2 dans ses nodules
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Alnus tenuifolia
Populus balsamifera
Exemple des ripisylves
(Schimel et al., 1998)
Peuplier
à Ralentit les processus de
décomposition des litières
à Limite les processus de
minéralisation de l’azote
à Composés secondaires du
peuplier inhibent la fixation
d’N2 par les nodules Alnusrhizobia
à Apports de C (C:N important)
favorise les communautés
microbiennes et limite la
disponibilité en N du sol
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple des ripisylves
Le ralentissement du
cycle du C et
l’immobilisation de
l’N créé une boucle
rétroactive positive
pour le peuplier
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple des ripisylves
Dans ce contexte, les gènes du
peuplier codant pour la production
de tannins ont un effet sur la valeur
sélective du peuplier
à Héritabilité du phénotype de
peuplier
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Application :
à L’héritabilité du phénotype d’un organisme permet-elle
de prédire l’héritabilité des phénotypes des
communautés voisines / associées ?
(Ex: Hêtre austral et communautés microbiennes)
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple de la théorie du « Home Field Advantage »
à Décomposition des litières
accélérée dans leur
environnement d’origine.
(Austin et al. 2014)
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple de la théorie du « Home Field Advantage »
à Décomposition des litières
accélérée dans leur
environnement d’origine.
à Sélection des communautés
d’organismes décomposeurs
les mieux adaptés à
dégrader les litières
auxquels ils sont
régulièrement exposés.
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple de la théorie du « Home Field Advantage »
à Diversité immense de micro-organismes et de macro-organismes
décomposeurs.
à Ces communautés diffèrent dans leurs capacités à dégrader la litière
(stœchiométrie, activité enzymatique, tolérance aux composés
toxiques, etc.)
à A moyen terme, les communautés qui exploitent ces litières au
mieux vont progressivement se développer et occuper le milieu
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple de la théorie du « Home Field Advantage »
Bémols :
à La composition des communautés de micro-organismes change très
rapidement de par leur temps de génération court
à Ces communautés ne sont pas sélectionnées uniquement sur leurs
capacité à dégrader la litière
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Exemple de la théorie du « Home Field Advantage »
Effet direct
Effet indirect
Traits des litières
Traits des
communautés de
décomposeurs
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
CONCLUSIONS
à Importance des interactions biotiques sur la composition
des communautés d’organismes et le fonctionnement des
écosystèmes
à Les gènes responsables de ces interactions peuvent être
positivement ou négativement sélectionnés
à Co-évolution de différentes communautés
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Les limites du couplage entre génétique et écologie
fonctionnelle :
-
Certains traits fonctionnels dépendent de l’interactions entre de
nombreux gènes
-
Plus les systèmes deviennent complexes (p. ex. plusieurs espèces
fondatrices) à différents niveaux trophiques, plus les liens entre
gènes et fonctionnement des écosystèmes devient difficile à tracer
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Le phénotype étendu : du gène à l’écosystème
Phénotype étendu
Ex : Castors
TRAITS FONCTIONNELS D’EFFET
Trait comportemental
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