Projet ANR-13-JSV7-0002 – CAPA : Prédire la capacité des populations à s’adapter en fonction de leur histoire évolutive et de leur contexte environnemental
Programme : JCJC - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (JCJC SVSE 7)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur BENOIT PUJOL (UMR5174 CNRS-ENFA-UPS Evolution & Divesité Biologique)
Partenaires : Évolution et Diversité Biologique
Montant : 213694.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Comment évaluer la capacité d’adaptation des plantes aux changements environnementaux ?Face aux changements globaux qui menacent la survie des espèces, le projet CAPA propose de comparer et d’ajuster les approches qui permettent d’évaluer la capacité d’adaptation des populations végétales naturelles, tout en les appliquant au cas du muflier dans les Pyrénées.
Evaluer le potentiel évolutif en fonction de la diversité génétique et de l’environnementLes agences de conservation biologique expriment une demande claire : « comment utiliser les connaissances existantes ; diversité des populations et contexte environnemental, pour prédire leur capacité d’adaptation ? » Notre objectif est d’identifier comment la caractérisation génétique des populations (par des méthodes accessibles) et celle de leur environnement affectent ce potentiel et de délivrer une démarche applicable et pratique dans ce but.
Combiner l’apport de différentes disciplines pour plus d’efficacité et plus d’accessibilitéEn utilisant une approche pluridisciplinaire, nous combinons les avantages de différentes méthodes. Nous déterminons actuellement si les populations adaptées à leur environnement (génétique des populations) peuvent survivre face à de nouveaux environnements (expérimentation végétale) et répondre à la sélection. Nous confronterons la valeur prédictive de ces différents outils pour délivrer un guide pratique pour les scientifiques et les acteurs de la conservation.
Résumé de la soumission : Plus que jamais, nous somme confrontés à une crise d’extinction de la biodiversité sous l’impulsion des changements globaux (fragmentations des habitats, réchauffement climatique, etc.) qui poussent les espèces animales et végétales jusque dans leurs retranchements en terme de tolérance aux contraintes imposées par leur environnement. Les habitats favorables disponibles et accessibles où se réfugier en migrant se font rares. La survie des espèces dépendra donc en grande partie de leur capacité à s’adapter. Le potentiel adaptatif des espèces sera-t-il suffisant pour leur maintien ?A ce jour, nous disposons de méthodes et de données dans le domaine de la génétique évolutive des populations qui permettent d’évaluer la diversité à l’aide de marqueurs moléculaires neutres, donc indépendants des pressions de sélection. Ces outils permettent d’identifier les populations les moins diverses et les plus isolées sur l’ensemble de leur distribution géographique, en proie à l’érosion de leur diversité génétique. L’écologie permet de caractériser les conditions environnementales de l’habitat des espèces sur l’ensemble de leur distribution géographique. Sur la base des scénarios de changement climatique envisagés dans un futur proche, il est possible de projeter avec une certaine marge d’incertitude quelles seront les conditions environnementales futures dans l’aire de répartition des espèces. De son coté la génétique quantitative permet d’évaluer le degré d’adaptation locale des populations à leur environnement et de quantifier leur potentiel à répondre à la sélection. Les espèces se sont adaptées à leur environnement par le passé, et l’adaptation a parfois été très rapide. Qu’en est-il de leur potentiel aujourd’hui ? Il est pour le moins surprenant que ces trois disciplines de la biologie ne soient pas mises en commun plus souvent pour évaluer la capacité d’adaptation des espèces aux changements climatiques malgré l’impact positif considérable que cela pourrait avoir sur nos stratégies de conservation et de gestion des ressources génétiques.Dans ce projet, nous mènerons une approche empirique à l’interface de ces trois disciplines afin d’évaluer la capacité d’adaptation au changement environnementaux chez l’espèce végétale Antirrhinum majus. Nous disposons du patron d’expansion géographique et de preuve génétiques de flux de gènes entre certaines des 55 populations suivies à ce jour (histoire évolutive) sur l’ensemble de l’aire de distribution de l’espèce (Pyrénées et littoral méditerranéen). Notre testerons expérimentalement l’hypothèse que les populations où les échanges de gènes sont documentés sont moins adaptées localement à ce jour en raison de l’effet homogénéisant des flux de gènes qui aura entravé leur divergence adaptative et celle que le mélange génétique qui en résulte a pourvu ces populations d’un plus grand potentiel de réponse à la sélection.La capacité d’adaptation n’a pas de sens en dehors du contexte environnemental qui impose la sélection naturelle. Nous disposons de la caractérisation écologique des conditions environnementales propice à l’espèce A. majus pour l’ensemble de son aire de répartition (niche écologique). Les populations de haute altitude et de basse altitude sont logiquement confrontées à des conditions plus extrêmes qu’en moyenne altitude (hiver plus rigoureux en altitude et été chaud et sec sur le littoral). Nous simulerons l’impact du réchauffement climatique en mettant en place un transplant in natura de populations tests vers des altitudes inférieures et caractériserons la relation entre la valeur sélective des individus et l’architecture génétique de leurs caractères.Les données de génétique des populations et de niche écologique s’accumulent dans la littérature scientifique. Nous fournirons à la communauté des scientifiques et des acteurs de la conservation la boite à outils méthodologique de notre approche et le guide pratique pour quantifier directement le potentiel adaptatif des espèces.
Résultats : Sur les bases de données météorologiques accessibles, nous avons déterminé les conditions climatiques qui caractérisent les populations naturelles de l’espèce Antirrhinum majus dans les Pyrénées. Nous avons mis en évidence l’existence de deux enveloppes climatiques (ensemble récurrent de conditions) qui séparent les populations situées entre 0 et 800m d’altitude et celles situées plus haut jusqu’à 1800m. Nous avons comparé la germination, la croissance et la morphologie fonctionnelle (éco-physiologie) et la floraison d’échantillons de ces populations dans un jardin commun. Cela nous a permis d’identifier les différences intrinsèques entre ses populations et de les relier à leur environnement d’origine. Les populations d’altitude fleurissent logiquement plus tard. Cependant, cette différence semble être déterminée par le décalage dans la germination des populations et non par le temps mis pour pousser et produire des fleurs. Nous sommes maintenant en train d’évaluer expérimentalement si ces populations peuvent s’adapter à des conditions environnementales différentes. Les caractères fonctionnels mesurés ne montraient pas de différences intrinsèques dues à l’altitude [et donc au climat correspondant]. Nous sommes en train de tester l’hypothèse que la plasticité phénotypique (réaction à l’environnement non basé sur un changement génétique) est responsable de la diversité adaptative de ces caractères chez A. majus.
Perspectives : Le projet CAPA est une opportunité de synthétiser l’apport de recherches fondamentales émergeantes en biologie de l’évolution, écologie et génétique et d’en communiquer les résultats aux acteurs de la conservation biologique appliquée. L’approche développée dans ce projet implique que le transfert de connaissances entre les sciences fondamentales et appliquées qui étudient l’adaptation des populations naturelles aux changements environnementaux génère une valeur ajoutée pour ces deux domaines. Notre objectif est que ces résultats améliorent notre compréhension fondamentale du processus adaptatif mais aussi notre capacité à évaluer la capacité d’adaptation des populations naturelles.
Publications et brevets : A ce stade du projet CAPA, les expérimentations, l’acquisition et l’analyse des données sont toujours en cours. Les productions scientifiques seront délivrées lorsque les analyses seront terminées.