Etat de l’art et questionnement scientifique

Bien que les communautés à isoétides soient aujourd’hui menacées et protégées à l’échelle européenne dans le cadre de la directive habitat, les connaissances sur la dynamique de leurs populations et plus précisément sur leur fonctionnement en métapopulations et métacommunautés est très limitée. Notamment, la structure génétique de ces communautés, et en particulier celle des espèces ‘emblématiques’ que sont la Lobélie de Dortmann (Lobelia dortmanna) et la Littorelle à une fleur (Littorella uniflora) est aujourd’hui inconnue.

Ces communautés à isoétides, caractéristiques des milieux oligotrophes peu minéralisés, étaient autrefois largement répandues dans les lacs et étangs du littoral aquitain. Ces milieux se sont formés il y a quelques centaines d’années, suite à l’édification des dunes du littoral aquitain (Tastet et al. 2008) qui ont bloqué l’exutoire des fleuves littoraux formant de vastes étendues lacustres figurant parmi les plus grandes de France. De par leur formation ces lacs sont relativement peu profonds et forment un réseau de systèmes naturels plus ou moins interconnectés entre eux. Cependant, et suite au développement des activités humaines et à l’eutrophisation des milieux, ces communautés ont peu à peu disparu de ces milieux aquatiques. Ainsi, sur plus d’une quinzaine de lacs et étangs du littoral aquitain, la Lobélie de Dortmann n’est actuellement présente que sur 5 d’entre eux alors que l’endémique Isoète de Bory (Isoetes boryana) n’est plus représenté que sur 2 d’entre eux. Ce réseau de lacs et étangs, relativement récents d’un point de vue évolutif, offre une opportunité intéressante pour étudier la structure génétique de ces populations d’isoétides, comprendre son lien avec son environnement et mettre en évidence d’éventuels flux de gènes entre les différents lacs. Ceci permettra notamment proposer aux gestionnaires des mesures adéquates pour leur conservation et leur restauration.

De manière plus précise, cette thèse aura dans un premier temps l’objectif d’effectuer une analyse génétique comparative des différentes espèces présentes (appartenant à des groupes fonctionnels différents) dans ces communautés. Alors que la plupart des études en génétique des populations ne s’intéressent qu’à une espèce cible, les travaux se développent actuellement pour appréhender la diversité génétique non seulement à l’échelle des populations, mais à l’échelle de la communauté (Romiguier et al. 2014). Bien qu’il soit complexe d’identifier le rôle relatif de différents facteurs biologiques ou écologiques sur la diversité génétique et sa structuration au sein des populations, l’étude comparée des patrons de diversité génétique entre espèces (i.e. à l’échelle des communautés) partageant le même écosystème permet de prendre en compte l’effet des caractéristiques biologiques des espèces (capacités de dispersion, d’adaptation) pour mieux estimer les effets de l’environnement et de l’histoire démographique (Romiguier et al. 2014). Cette approche de génétique des communautés est assez peu développée et novatrice. Un défi majeur sera notamment de définir, à l’échelle du site un indice de diversité génétique de l’ensemble de la communauté ou d’arriver à comparer les patrons de diversité à différentes échelles organisationnelles et spatiales (Gaggiotti et al. 2018).

Dans un second temps, cette thèse aura pour objectif de s’intéresser à la relation entre diversité génétique et diversité taxonomique. Ces deux caractéristiques de la diversité biologique ont historiquement été étudiées séparément mais leur étude conjointe a, plus récemment, fait l’objet d’un intérêt particulier (Vellend et Geber 2005). Les récents développements s’intéressent plus particulièrement à la SGDC ‘species–genetic diversity correlations’ caractérisant le lien entre la diversité génétique intraspécifique et la diversité génétique taxonomique (Laroche et al. 2015, Lamy et al. 2017, Raffard et al, 2019). Cette thématique, faisant actuellement l’objet d’un front de science en plein essor, souligne le rôle important de la diversité génétique dans la structuration des communautés et notamment dans le fonctionnement de l’écosystème (Raffard et al. 2019). Notamment, la diversité génétique au sein d’une population peut être mise en relation avec la diversité taxonomique d’autres maillons biologiques interagissant avec cette espèce, élargissant fortement l’échelle d’influence biologique (Crutsinger et al., 2006). La SDGC permet alors de fournir des informations sur les mécanismes structurant les communautés tels que la dispersion ou la compétition (Laroche et al. 2015). Ainsi, l’étude de cette relation entre la diversité génétique et taxonomique se révèle être d’un intérêt primordial pour mieux comprendre le fonctionnement de ces populations et des communautés. En outre, la SDGC a généralement été étudiée d’un point de vue expérimental, mais a plus rarement été considérée d’un point de vue empirique (Raffard et al. 2019), renforçant l’aspect innovant de cette étude.

Enfin, d’un point de vue plus concret, cette étude s’intéressera à la connectivité à plusieurs échelles spatiales (inter- et intra-lac) des populations d’intérêt patrimoniale. Les données acquises dans le cadre de cette thèse sur la diversité génétique, la taille efficace des populations, le lien entre la diversité génétique, le groupe fonctionnel et la diversité taxonomique devraient permettre de mettre en évidence les éventuels flux de gènes entre ces populations, étape nécessaire à l’élaboration des stratégies de conservation (Frankham 2010). La diversité génétique sera considérée comme un élément à part entière dans la stratégie de conservation de ces populations, un aspect encore aujourd’hui peu pris en compte (par faute de connaissance) par les gestionnaires (Hoban et al. 2013). La diversité génétique de ces espèces sera particulièrement étudiée à l’échelle inter-lacs et intra-lacs. Les questions scientifiques soulevées ici seront de savoir s’il existe toujours des échanges génétiques entre les 5 lacs qui hébergent au moins l’une des espèces d’intérêt, mais aussi entre les différentes populations au sein d’un même lac. Connaître ces différents flux est d’une importance capitale alors que les gestionnaires de terrain se mobilisent déjà pour sauvegarder ces populations, et que le PNA orienté « conservation » pourrait évoluer vers un PNA « restauration » suite au bilan de sa mise en œuvre à mi-parcours (à 5 ans) ou s’il est reconduit (à 10 ans). D’un point de vue scientifique, cela permettra également de mieux connaître la biologie de ces espèces et notamment leurs capacités de dispersion aujourd’hui inconnues.

Matériel nécessaire (disponible et/ou à produire), et méthodes envisagées

Si les écosystèmes étudiés sont bien localisés et identifiés grâce aux suivis récurrents et aux recherches passées de l’unité de recherche EABX, l’échantillonnage du matériel végétal pour réaliser les analyses génétiques ainsi que le recueil de données sur la composition taxonomique des communautés seront à réaliser avec l’aide logistique et technique nécessaires que possède EABX. Un premier échantillonnage de quelques individus sur les espèces étudiées sera réalisé à l’avance afin de pouvoir démarrer l’étape de développement des marqueurs dès le début de la thèse, alors que le travail de terrain principal se concentrera sur le printemps / été à la fin de la première année de thèse. L’analyse génétique sera réalisée au sein de BIOGECO et de la PGTB en ce qui concerne l’extraction d’ADN et le génotypage de microsatellites par séquençage.

Programme de recherches

Dans un premier temps il s’agira d’approfondir la bibliographie relative à la génétique des communautés et au lien entre la diversité génétique intra-spécifique et la diversité taxonomique voire fonctionnelle. Après avoir défini le protocole d’échantillonnage, une phase de terrain sera nécessaire pour recueillir les fragments végétaux indispensables à la mesure de la diversité génétique des populations d’intérêt. Le développement des marqueurs génétiques devra ensuite être réalisé avant le déploiement sur l’ensemble des individus échantillonnés. Puis, l’analyse des résultats et la rédaction des articles scientifiques viendront finaliser ce programme de recherche. Une restitution des résultats accompagnée de préconisations pour la gestion des populations menacées seront enfin exposées aux gestionnaires de ces milieux naturels.

Calendrier

Année 1 : bibliographie, définition du protocole d’échantillonnage, terrain, développement des marqueurs, analyse des résultats des espèces patrimoniales. Rédaction du 1er article.
Année 2 : terrain, génotypage, analyses comparatives entre espèces et entre niveaux de diversité, et diffusion des premiers résultats aux gestionnaires. Rédaction du 2e article.
Année 3 : fin des analyses, rédaction du 3e article et finalisation du manuscrit de thèse, diffusion des résultats auprès des gestionnaires.

Compétences cognitives et techniques acquises par le doctorant

Pour mener à bien sa recherche, le doctorant devra approfondir ses connaissances théoriques et pratiques en génétique des populations, en écologie des communautés et en biologie des plantes aquatiques. Elle.il sera formé.e aux méthodes d’échantillonnages et de recueil des données, aux analyses de biologie moléculaire (extraction d’ADN, PCR, séquençage haut-débit), à l’analyse bioinformatique ainsi qu’aux analyses statistiques des données, incluant des approches d’inférences par simulation qui nécessitent une bonne maîtrise des outils de la biologie computationnelle : utilisation de clusters de calcul intensif, de techniques inférentielles de type Approximate Bayesian Computation basées sur les méthodes de l’intelligence artificielle (apprentissage automatique).

Partenariat scientifique et industriel dans lequel s’inscrit le travail

Le travail s’inscrit dans un partenariat scientifique entre l’UR EABX et l’UMR BIOGECO permettant de combiner des compétences complémentaires. Au-delà de la sphère académique, les avancées de ce travail seront suivies par les partenaires socio-économiques impliqués dans la gestion et la conservation des populations végétales, puisque cette recherche cadre avec une fiche action du Plan National d’Actions 2021-2031 « en faveur des végétations de bords d’étangs arrière-littoraux des Landes et de Gironde », dont les deux co-encadrants de la thèse font partie du Comité de suivi technique et scientifique, et coordonné par le Conservatoire Botanique National Sud-Atlantique et associant le Ministère de la Transition Ecologique et Solidaire, la Direction Régionale de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement Nouvelle-Aquitaine, l’Office Français de la Biodiversité ainsi qu’un grand nombre d’acteurs associatifs et institutionnels de la gestion des milieux naturels.

Candidatures

Les candidatures sont à déposer en ligne sur le site https://www.adum.fr/ avant le 1er juin 2022.
Merci d’envoyer aussi votre candidature à : aurelien.jamoneau@inrae.fr et olivier.lepais@inrae.fr

Références bibliographiques
Crutsinger et al. 2006. Plant Genotypic Diversity Predicts Community Structure and Governs an Ecosystem Process. Science 313, 966–968.
Frankham, R., 2010. Challenges and opportunities of genetic approaches to biological conservation. Biological Conservation 143, 1919–1927.
Hoban, S. et al. 2013. Conservation Genetic Resources for Effective Species Survival (ConGRESS): Bridging the divide between conservation research and practice. J Nat. Cons.
Gaggiotti, O. E. et al. 2018. Diversity from genes to ecosystems: A unifying framework to study variation across biological metrics and scales. Evolutionary applications.
Lamy, T., et al. 2017. The contribution of species–genetic diversity correlations to the understanding of community assembly rules. Oikos.
Laroche, F., et al. 2015. A Neutral Theory for Interpreting Correlations between Species and Genetic Diversity in Communities. Am. Nat.
Raffard, A. et al. 2019. The community and ecosystem consequences of intraspecific diversity: a meta-analysis. Biological Reviews.
Romiguier, J. et al. 2014 Comparative population genomics in animals uncovers the determinants of genetic diversity. Nature.
Tastet, J.-P. et al. 2008. Geological and archaeological chronology of a late Holocene coastal enclosure: The Sanguinet lake (SW France). Geoarchaeology.
Vellend, M., Geber, M.A., 2005. Connections between species diversity and genetic diversity. Ecology Letters.

Le contenu de cette offre est la responsabilité de ses auteurs. Pour toute question relative à cette offre en particulier (date, lieu, mode de candidature, etc.), merci de les contacter directement. Un email de contact est disponible: aurelien.jamoneau@inrae.fr

Pout toute autre question, vous pouvez contacter sfecodiff@sfecologie.org.