Ecologie des Populations

Les activités de recherche développées dans l’équipe EcoPop tournent autours des mécanismes qui déterminent la capacité des espèces à s’établir dans l’espace (écologique) ainsi qu’autour des évènements historiques (évolutifs, adaptatifs et démographiques) à l’origine des observations actuelles d’interconnexions entre les espèces et leur environnement.
Le programme de recherche se décline autour de six thématiques qui convergent vers un but commun, la description des mécanismes menant à la distribution actuelle des espèces, des populations à l’intérieur des espèces et des individus à l’intérieur des populations.

Interactions écophysiologiques et biomécaniques avec l’environnement

Nous étudions les bases physiologiques des réponses des arbres aux gradients environnementaux (lumière, eau, nutriments, environnement mécanique) et l’étendue des variations à l’intérieur des populations, entre les populations, et entre des espèces proches phylogénétiquement mais aux préférences écologiques contrastées. La plasticité des réponses est par ailleurs évaluée et mise en relation avec les gradients environnementaux et les changements à court (perturbations naturelles et d’exploitation, inondations/sécheresses saisonnières) et long (changement climatique) terme de l’environnement. Ces études sont centrées sur des traits d’acquisition et d’utilisation du CO2 et d’H2O au niveau foliaire et des traits d’allocation de la biomasse dans les croissances primaires et secondaires (en relation avec la formation du bois), et les éventuels compromis de ces traits avec les traits de croissance. Ces études sont appuyées par des études de génétique quantitative et moléculaire dans le but de comprendre l’importance relative des réponses physiologiques (court terme) et adaptatives (long terme) dans les interactions entre les organismes et leur environnement. Nous travaillons à partir de dispositifs en conditions semi-contrôlées (serre) ou naturelles, entre autres dans le cadre de transplantations réciproques. Les approches de génétique moléculaire incluent des études de diversité et d’expression au niveau de gènes candidats impliqués dans les traits ciblés.

Evolution et génétique des populations de l’adaptation ; patrons de diversité génétique

Les bases génétiques de l’adaptation sont étudiées en combinant des études de génétique des populations et de génétique quantitative. L’approche adoptée est la comparaison des patrons de distribution de la diversité génétique au niveau de loci neutres avec ceux observés au niveau de loci potentiellement soumis à sélection. Cet approche permet notamment de détecter une signature de la sélection ainsi que d’établir les relations entre la diversité génétique et les paramètres environnementaux. Elle se base essentiellement sur le séquençage de gènes et l’analyse des SNP mais d’autres méthodes (comme l’exploration exhaustive du génome avec des AFLP) sont aussi considérées. Un nombre restreint de processus adaptatifs seront choisis comme sujet d’étude, à savoir, la réponse au stress hydrique, oxydatif, biomécanique et d’herbivorie. En parallèle, les patrons de différenciation génétique neutre sont étudiés de façon à détecter la signature d’évènements historiques tels que des expansions, des contractions, des fractionnements ou des mélanges de populations (phylogéographie) ayant eu lieu sur une vaste échelle de temps (du pas de temps historique au pas de temps géologique). Un renforcement nécessaire et naturel prévu dans les quatre prochaines années porte sur les études de la régulation et de l’expression des gènes. Des actions en cours et le financement de leurs applications posent les fondations de l’activité de recherche sur l’expression des gènes dans l’UMR EcoFoG.

Démographie et dynamique spatiale

La dynamique des populations et des métapopulations sont analysées par des approches démographiques spatialisées. En particulier, l’objectif est de caractériser les mécanismes clef de la stratégie spatiale des espèces, c’est-à-dire les processus qui engendrent des variations de la répartition des populations dans l’espace forestier, en relation avec leur transition démographique. Une attention particulière sera portée sur l’étude des espèces d’arbres qui montrent une distribution spatiale agrégée en raison de leur prédominance en forêt tropicale et de leur caractère contre-intuitif pour certains tempéraments d’espèce. Les outils génétiques seront largement utilisés pour caractériser la structure des populations et la dynamique de dispersion et de pollinisation. Ils permettront par ailleurs de fournir des hypothèses sur le mode de propagation des populations et des agrégats d’individus. Une contribution supplémentaire de la génétique à la démographie sera d’estimer le succès reproducteur des individus. L’utilisation de modèle permettra de tester ou de confronter des hypothèses émises sur la dynamique spatiale des espèces. Comme c’est déjà le cas aujourd’hui, l’application des résultats à la gestion forestière des espèces exploitées en Guyane est un objectif important de cette thématique.

Spéciation

Les communautés d’arbres de la forêt néotropicale sont riches en genres diversifiés avec des espèces qui, souvent, se différencient selon un ou plusieurs gradients écologiques. Les mécanismes, par lesquels la divergence s’accumule entre les populations d’une espèce et entre les espèces au sein d’un même genre, constituent un moteur important de diversité. Une attention spéciale sera accordée aux espèces qui sont suspectées échanger des gènes et regroupées sous le terme de complexe d’espèces. Ce système peut être soit assimilé à un état d’équilibre stable ou au contraire, à un système dynamique dans lequel le processus de spéciation est en cours. Dans les deux cas, les mécanismes génétiques et génomiques sous jacents à l’étendue de la divergence sont des éléments fondamentaux pour décrire et comprendre la biodiversité. En parallèle, une thématique propre à la définition de l’espèce est développée, que ce soit du point de vue évolutif, ou du point de vue botanique. L’approche pour délimiter les espèces est double. La première, adaptée aux espèces reproductivement isolées, se base sur une analyse qualitative, individuelle, de type code barre qui nécessite des différences génétiques fixées entre les espèces. La deuxième, adaptée aux complexes d’espèces, se base sur une analyse quantitative qui prend en compte la distribution des fréquences alléliques dans les populations.

Relations biotiques entre populations

Depuis les réseaux trophiques jusqu’aux symbioses strictes et parce qu’elles affectent les organismes à tout moment de leur vie, les interactions entre individus et populations sont à la base des règles d’assemblages des espèces et jouent sans nul doute un des rôles majeurs dans le fonctionnement et l’évolution des écosystèmes. Ainsi, la diversité biologique peut elle se concevoir comme la résultante de processus de spéciation, eux-mêmes conditionnés par les interactions entre les organismes et leur environnement biotique et abiotique. L’étude de ces interactions s’avère donc fondamentale pour la compréhension de la mise en place de la biodiversité, ainsi que pour la conservation et le management des écosystèmes. Le rôle et l’importance des interactions biotiques entre populations seront étudiés par des études comparatives permettant de quantifier les relations observées, leur dynamique et leur variabilité spatiotemporelle. Ces études seront nécessairement basées sur des approches transversales et multidisciplinaires alliant biologie et écologie des populations, écologie chimique, moléculaire et comportementale. Une attention particulière sera portée sur les médiateurs à l’origine de l’établissement des interactions, ainsi que sur les répercussions de ces interactions sur la survie, la reproduction et la dispersion des individus et espèces. Enfin, il sera également indispensable de prendre en compte l’influence des facteurs abiotiques du milieu, c’est-à-dire du contexte environnemental, dans les patrons d’interactions observés.

Modélisation

Dans le programme de recherche de l’équipe ECOPOP, la méthode comparative constitue la principale stratégie pour tester des hypothèses. Cependant, la longévité des arbres est un frein à la manipulation expérimentale des populations, aussi la modélisation est largement utilisée pour le test ou la confrontation d’hypothèses sur des échelles de temps et d’espaces pertinentes, la définition de descripteurs synthétiques à utiliser pour caractériser les propriétés des populations, ou pour la formulation des hypothèses à tester. Les mécanismes concernés par la modélisation sont notamment les interactions démographie-adaptation, et la dynamique spatiale démo-génétique.

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