Le dimorphisme sexuel, défini comme l’ensemble des différences morphologiques, physiologiques, comportementales ou moléculaires entre mâles et femelles d’une même espèce, est un phénomène largement étudié dans le monde animal (Johnsgard, 1960 ; Collet, 2023). Chez les plantes à fleurs, bien que la majorité des espèces sont hermaphrodites (Charlesworth & Charlesworth, 2010), une stratégie reproductrice appelée la dioécie, caractérisée par la séparation des sexes sur des individus distincts, a évolué de manière répétée au cours de l’histoire évolutive des plantes (Renner, 2014). On la retrouve notamment chez des espèces cultivées comme l’asperge ou le palmier dattier (Razumova et al., 2023). Chez certaines espèces dioïques, un dimorphisme sexuel a été identifié (Hallé & Escoubeyrou, 2002), mais les mécanismes à son origine, sa variabilité et ses conséquences évolutives restent encore peu explorés.
Ce stage vise à contribuer à une meilleure compréhension de ces questions, en documentant et comparant l’intensité du dimorphisme sexuel chez 10 espèces à sexes séparés appartenant au genre Silene, un modèle reconnu en biologie évolutive. Cela permettra de documenter si les patrons observés sont répétables entre espèces ou si certaines caractéristiques des lignées pourraient affecter le dimorphisme sexuel. D’une part, puisque les dix espèces sélectionnées pour ce travail appartiennent à deux lignées évolutives contrastées, qui diffèrent par l’ancienneté de leur transition vers la séparation des sexes, nous pourrons tester si l’intensité du dimorphisme sexuel augmente avec l’ancienneté de la dioécie. D’autre part, puisque nos espèces varient a priori également par leur mode de pollinisation (pollinisation par le vent vs. par les insectes) nous pourrons tester le rôle potentiel du mode de pollinisation dans l’évolution du dimorphisme sexuel.
Pour cela, le stage sera composé d’un suivi des espèces en conditions contrôlées (serre) au moment de la floraison des plantes (chaque plante sera suivie durant 5 semaines). Pour chaque individu, plusieurs traits végétatifs (Surface foliaire spécifique, teneur en matière sèche des feuilles, poids secs des différentes parties de la plante, dosage en carbone et azote.) et reproducteurs (nombre et taille des fleurs, hauteur des hampes florales, production de nectar) seront mesurés. Ces données permettront de quantifier le dimorphisme sexuel intra-espèce, et de comparer sa direction et son intensité en fonction du type de traits mesuré (végétatif vs. floral) mais également en fonction des espèces étudiées. Un premier jeu de données est d’ores et déjà disponible pour le printemps 2026, et sera complété par le ou la stagiaire avec le printemps 2027. En fonction du calendrier de floraison, d’autres analyses sont également prévues. En effet, la biologie de la pollinisation n’est pas correctement caractérisée pour l’ensemble de nos espèces. Nous avons donc prévu de mesurer une série de caractéristiques polliniques potentiellement indicatrices du système de pollinisation (taille des grains, quantité par étamine, taux de protéine, présence de pollenkit) et de tester le potentiel de dispersion du pollen par le vent lors d’une série d’expériences en serre. De plus, la capture puis l’analyse des composés organiques volatils (odeurs) émis par les différents sexes seront envisagées afin de tester le dimorphisme sur ce trait.
Ce stage s’inscrit donc dans une approche comparative mêlant écologie, évolution et biologie de la reproduction, et vise à éclairer les mécanismes proximaux et ultimes à l’origine des différences sexuelles chez les plantes. De plus, une approche de génétique est envisagée. En effet le dimorphisme sexuel peut être encodé par différents types de gènes: (i) les gènes portés par les chromosomes sexuels (le chromosome Y spécifique aux mâles, ou le W chez les femelles) ou (ii) les gènes du génome entier, du moment qu’ils ont une expression différentielle entre les sexes. Bien que l’expression différentielle des gènes entre sexes soit un mécanisme clé pour générer du dimorphisme, son lien avec l’intensité de ce dernier reste controversé. Une étude chez les oiseaux a montré une corrélation positive entre le nombre de gènes à expression biaisée et l’intensité du dimorphisme sexuel (Harrison et al. 2015), cependant cette relation n’est pas observée chez les plantes du genre Leucadendron (Scharmann et al. 2021), ni chez les algues brunes (Cossard et al. 2022). Dans le cadre de ce stage, nous testerons chez 10 espèces de Silene la corrélation entre le nombre de gènes à expression biaisée et l’intensité du dimorphisme sexuel. Ces corrélations seront corrigées pour la phylogénie, afin d’éviter les biais liés aux relations évolutives entre espèces. Cette approche permettra d’éclairer les mécanismes évolutifs et moléculaires à l’origine du dimorphisme sexuel chez les plantes.
Ce travail rentre dans un volet des recherches de la thèse de Alexis RYO sous la direction de Mathilde DUFAY et Aline MUYLE. Les suivis en serre auront lieu au sein du Terrain Expérimental (TE, CEFE) et le/la candidat.e sera basé.e principalement au sein du CEFE à Montpellier. Des réunions hebdomadaires sont prévues entre l’ensemble de ces acteurs. L’étudiant.e pourra participer aux réunions des différentes équipes de ces encadrants ainsi qu’aux SEEM (Séminaires en Écologie et Évolution de Montpellier). Cette collaboration étroite entre ces deux laboratoires permet l’accès à un environnement de travail riche et diversifié.
Sources :
-Charlesworth, B., & Charlesworth, D. (2010). Elements of evolutionary genetics (Springer). Roberts and Co. Publishers
-Collet, F. S. (2023). Grenouilles, crapauds & Cie: Parlez-moi d’anoures… Quae.
-Hallé, F., & Escoubeyrou, G. (2002). Le dimorphisme sexuel chez les plantes dioïques. Le Journal de Botanique, 18(1), 51–62.
-Johnsgard, P. A. (1960). A Quantitative Study of Sexual Behavior of Mallards and Black Ducks. The Wilson Bulletin, 72(2), 133–155.
-Razumova, O. V., Alexandrov, O. S., Bone, K. D., Karlov, G. I., & Divashuk, M. G. (2023). Sex Chromosomes and Sex Determination in Dioecious Agricultural Plants. Agronomy, 13(2), Article 2.
-Renner, S. S. (2014). The relative and absolute frequencies of angiosperm sexual systems: Dioecy, monoecy, gynodioecy, and an updated online database. American Journal of Botany, 101(10), 1588–1596.
Autres références utiles sur le sujet:
-Barbot, E., Dufaÿ, M., & De Cauwer, I. (2023). Sex-specific selection patterns in a dioecious insect-pollinated plant. Evolution, 77(7), 1578–1590.
-Barrett, S. C. H., & Hough, J. (2013). Sexual dimorphism in flowering plants. Journal of Experimental Botany, 64(1), 67–82.
-Bernasconi, G., and al (2009). Silene as a model system in ecology and evolution. Heredity, 103(1), 5–14.
-Tonnabel, J., David, P., Klein, E. K., & Pannell, J. R. (2019). Sex-specific selection on plant architecture through “budget” and “direct” effects in experimental populations of the wind-pollinated herb, Mercurialis annua. Evolution, 73(5), 897–912.
Contacts :
Aline MUYLE, Institut des Sciences de l’Évolution de Montpellier (ISEM), aline.muyle@cnrs.fr
Mathilde DUFAY, Centre d’Écologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE) Montpellier, mathide.dufay@cefe.cnrs.fr
Alexis RYO, CEFE/ISEM, alexis.ryo@cefe.cnrs.fr
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