Connectivité génétique au sein de paysages modifiés récemment par l’urbanisation

Dans le cadre d’une thèse CIFRE entre le laboratoire ESE et la Division Jardin
Botanique de la Ville de Paris, ce stage est proposé pour contribuer à un des chapitres
de la thèse. Ce dernier questionne le lien entre les connectivités génétiques, la
connectivité paysagère et la variabilité des espèces selon des milieux urbains denses,
néo urbains et semi-naturels franciliens. En effet, l’urbanisation est considérée comme
un processus perturbant l’organisation de la biodiversité en induisant des menaces sur
les niveaux de diversité des espèces impactées. De nombreuses études se sont
intéressées à la différence entre milieu rural et urbain au sein d’une même espèce mais
peu ont creusé les nuances entre ces espaces. L’échelle intra-ville a également peu été
explorée malgré l’existence d’une diversité de paysages et d’habitats notable,
questionnant ainsi la portée générale de l’hypothèse posée précédemment [1].
Dans un contexte de démographie croissante, les environnements urbains s’étendent [2]
et les activités anthropiques induisent nombre de modifications biotiques et abiotiques
par rapport aux écosystèmes naturels [3], exerçant potentiellement des pressions de
sélection fortes sur les organismes vivants en général, et particulièrement sur les
organismes non mobiles tels que les plantes [4]. Les impacts liés à l’urbanisation sont la
transformation des habitats, leur fragmentation, la modification des conditions
environnementales abiotiques [5], mais également la présence ou l’absence d’organismes
interagissant habituellement avec les plantes (herbivores, compétiteurs, mutualistes)
[6].
Parmi ces processus, il est prévu que les changements de mode d’occupation des sols
aient les impacts les plus significatifs sur la biodiversité au cours du siècle à venir, tout
en sachant que l’étalement urbain est le plus rapide au sein des environnements
construits par l’humain [7]. Ces changements structurels dans la fragmentation des
habitats peuvent avoir des conséquences sur les populations et leur organisation
spatiale, en réduisant leur taille et en les isolant, ce qui amène souvent à une diminution
de la diversité génétique [8] (en particulier chez les espèces autogames). Mais ces
changements peuvent aussi apporter de nouveaux habitats favorables à certaines
espèces, réduisant ainsi leur isolement et favorisant la connectivité des populations, ou
encore être totalement neutres [1].
Pour réaliser cette étude, Paris est un lieu idéal car c’est l’une des villes les plus
densément peuplées au monde [9] et l’étalement urbain en Île-de-France est notamment
très marqué depuis la deuxième moitié du XXè siècle [10].
Grace à ces données d’occupation des sols produites par l’Institut Paris Région, il est
possible de repérer les modifications de l’occupation des sols en Île-de-France ayant eu
lieu depuis 1949. Nous avons ainsi défini trois catégories d’espaces afin d’explorer
l’impact de l’urbanisation et de l’étalement urbain sur la diversité génétique :
– Milieu urbain dense (Paris intra muros)
– Milieu néo-urbain : espace vert entouré d’espaces naturels en 1949 mais
aujourd’hui entouré d’espaces urbains
– Milieu semi-naturel : forêt n’ayant pas subi de modification de l’occupation du sol
depuis 1949
L’espèce choisie dans cette étude est la benoîte commune Geum urbanum, espèce
fortement autogame [11], actant une dispersion de gènes peu liée au pollen,) et commune
en Île-de-France. Elle se trouve classiquement dans les lisières forestières mais aussi
dans les jardins et espaces verts des villes. Elle disperse principalement via ses graines
en exozoochoorie et est donc un bon modèle d’étude pour comprendre les liens entre
connectivité écologique et connectivité paysagère chez les espèces principalement
autogames. De plus, des études de génétique des populations menées sur cette espèce
en milieux forestier et agricole ont montré qu’il existe un effet significatif de l’âge des
populations, de la connectivité paysagère et de la taille des populations sur les flux de
gènes entre population et la structure génétique dans ces milieux [12,13].
Objectifs du stage :
– Étudier la variabilité génétique de Geum urbanum à l’échelle de l’Île-de-France
grâce à des marqueurs microsatellites déjà existants [14].
– Analyser l’organisation spatiale de cette diversité en fonction des 3 types de
milieux définis et du poids potentiel de leur impact sur la variabilité observée. Il
peut ainsi être attendu que le développement urbain impacte négativement la
diversité génétique des populations impactées [15].
– Explorer le lien entre la diversité génétique observée et des variables
paysagères impactant potentiellement la dispersion (par exemple le degré de
connectivité physique, type de gestion de l’espace, occupation des sols adjacente
au site, densité du bâti, etc.) récupérée par une approche de SIG
Travail envisagé pour la durée du stage :
Une bonne partie du travail se fera conjointement avec le doctorant. Les techniques
d’extraction d’ADN et de génotypage sont maîtrisées au laboratoire
Au total, nous disposons d’un échantillon de 800 individus représentant 50 sites. L’ADN
de 800 plantes (Paris intra_muros + 2 forêts) est déjà disponible et la moitié est déjà
génotypée.
Cela se fera par une approche de génétique des populations sur des marqueurs
microsatellites (dont l’amplification est maîtrisée au laboratoire) couplée à une approche
SIG par pour la description des milieux et l’extraction de variables précises.
Déroulement du stage :
– 1 à 2 jours pour finaliser l’échantillonnage (forêt de Sénart + espaces verts du
94, environ 100 individus) pour permettre au stagiaire d’appréhender cette
partie importante de l’étude et de faire connaissance avec cette espèce dans son
milieu naturel.
– Extraire ADN sur cette centaine d’échantillon issus de sites dans un rayon de 20
kms au sud de Paris, en Île-de-France (Essonne, Seine-et-Marne, Val de Marne et
Yvelines) et génotypage de cet échantillon à l’aide d’une dizaine de marqueurs
microsatellites par échantillon. L’étudiant aura à effectuer les PCR sur les
échantillons, le génotypage proprement dit étant effectué sur la plateforme de
l’INRAE de Clermont-Ferrand.
– Analyse des données génétiques (utilisation de logiciels et package R de
génétique des populations) et lien avec la cartographie (utilisation de QGis)
Profil candidat.e :
Ce sujet demande, de la part du candidat une appétence pour les expériences de
laboratoire (biologie moléculaire) et l’analyse de donnée. Une connaissance basique de R
serait souhaitable mais non obligatoire. Il requiert un intérêt pour les questions
d’écologie urbaine, un goût pour le travail en équipe mais également une capacité
d’autonomie