La vie sexuelle d'une espèce à reproduction asexuée. L’exemple de la jussie, une plante aquatique invasive



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Article dans Plant-Environment Interactions

Les plantes présentent deux modes de reproduction, la reproduction asexuée (encore appelée végétative ou clonale) et la reproduction sexuée qui aboutit à la formation de fruits et de graines. La nouaison – i.e. phase initiale de la formation du fruit - et la formation de graines dépendent des conditions environnementales et des systèmes de reproduction. Ce sont des composantes importantes du succès de la reproduction sexuée chez les plantes. Ils contrôlent également le succès écologique et l'adaptation des plantes invasives dans leurs écosystèmes non indigènes. Les chercheurs des UMR ESE et IGEPP (l’Institut agro Agrocampus Ouest / INRAE / Université de Rennes 1), autour notamment des travaux de Luis O. Portillo Lemus et Dominique Barloy, ont étudié les facteurs responsables de la fructification et la formation des graines dans les populations invasives de la plante aquatique Ludwigia grandiflora subsp. hexapetala, communément appelée Jussie. L'article est publié dans Plant-Environment Interactions en mars 2021.

La question fondamentale à laquelle ils souhaitaient apporter une réponse est la suivante : pourquoi existe-t-il deux types de populations de Jussie en France présentant deux modalités de reproduction sexuée différentes, à savoir des populations fertiles et des populations stériles?

Pour répondre à cette question, ils ont donc analysé la fructification et la production de graines de 37 populations (fig. 1) se développant sous des conditions climatiques variables en Europe occidentale.

Deux hypothèses ont été explorées :

(1) La première se base sur une distribution des deux types de populations en fonction du climat,

(2) la seconde se base sur l'existence d'un système génétique de contrôle de la reproduction sexuée appelée système d'auto-incompatibilité.

Ils ont effectué des autopollinisations et des pollinisations croisées, et mesuré la morphométrie florale.

 

La comparaison de la production des fruits dans les populations fertiles et stériles in situ et en ‘common garden’ (en conditions contrôlées) a montré que les populations stériles restaient stériles et que les populations fertiles restaient fertiles quel que soit l'environnement testé.

Ces résultats ont donc réfuté l'hypothèse 1 : la distribution des deux types de populations n’est pas fonction du climat.

Pour l'hypothèse 2, des croisements contrôlés (avec pollinisation de centaines de fleurs à la main réalisées en serre) entre les plantes issues des 2 types de populations ou entre des plantes appartenant à un seul type de populations ont permis de mettre en évidence les résultats suivants (fig. 2) :

(1) une morphologie florale différente existe entre les fleurs des populations fertiles et des populations stériles, respectivement morphe-1 et morphe-2

(2)  les fleurs fertiles pollinisées entre elles donnent des fruits et les fleurs stériles pollinisées entre elles ne donnent pas de fruits

(3) par contre, lors des croisements entre les fleurs des populations stériles et les fleurs des populations fertiles, des fruits sont formés.


L'ensemble de ces résultats révèle par conséquent que dans les populations stériles, la reproduction sexuée est sous contrôle génétique avec l'existence d'un système d'auto-incompatibilité, c’est-à-dire un système qui empêche la fécondation d'une fleur par son propre pollen.

Cependant, les chercheurs de l’institut agro Agrocampus Ouest et de INRAE ont également montré que ce système génétique est perméable et que des fruits (et donc des graines) peuvent être produits dans les populations stériles. C’est un résultat tout à fait surprenant et contre-intuitif, qui questionne par conséquent les recommandations de gestion actuelles qui ne prennent pas en compte cette perméabilité. C’est une caractéristique d’autant plus importante qu’en France, 75% des populations de Jussie sont stériles et 25 % sont fertiles... Ces 2 types de populations sont également observés au niveau mondial et dans les mêmes proportions que celles observées en France.

 

 

Barloy Fig1
Fig. 1 : Localisation des neuf populations étudiées fertiles (cercles bleus) et des 28 populations stériles (cercles orange) cartographiées avec les conditions climatiques. Les numéros dans les cercles indiquent les positions géographiques des sept populations échantillonnées : 1, Maze (Mazerolles) ; 2, Pont (Ponts-de-Cé) ; 3, Orl (Orléans) ; 4, Poui (Pouilly-sur-Loire) ; 5, Gill (Gilly-sur-Loire) ; 6, Chat (Châtel-de-Neuvre) et 7, Cham (Chambéon). Le symbole de la cible localise le ‘common garden’. Les trois cartes ont été générées à partir des bases de données météorologiques de Météo France :

(a) carte thermique des heures d'ensoleillement cumulées en été

(b) carte thermique des millimètres de précipitations cumulées en été

(c) carte thermique des températures moyennes en été.

 

 

Barloy Fig2
Fig. 2 : Développement des fruits en fonction des morphologies florales et des types de croisements chez Ludwigia grandiflora subsp. hexapetala.

(a) Résultat de l'autopollinisation des morphologies florales (morphe-1 ; population fertile ou morphe-2, population stérile).

(b) Résultat des croisements intra-morphes (morphe-1 x morphe-1 ; morphe-2 x morphe-2) et inter-morphes réciproques (morphe-1 x morphe-2 ; morphe-2 x morphe-1).

Les fruits verts sont des fruits en formation avec des graines en développement (fertiles) ; les fleurs jaunes sont des fleurs fécondées mais sans formation de fruits et sans graines (stériles). Les nombres séparés par une barre oblique indiquent le rapport entre les fruits obtenus à partir d'un nombre fixe de 30 fleurs pollinisées. Lors de l'autopollinisation et de la pollinisation croisée intra-morphe, seules les populations de type morphe-1 ont produit des fruits. Dans la pollinisation croisée inter-morphes, tous les croisements réalisés avec les fleurs de morphe-1 utilisée comme parent mâle ou femelle ont donné des fruits.

 


Référence
Portillo Lemus, L.O., Bozec, M., Harang, M., Coudreuse, J., Haury, J., Stoeckel, S. and Barloy, D. (2021), Self‐incompatibility limits sexual reproduction rather than environmental conditions in an invasive water primrose. Plant‐Environment Interactions. doi.org/10.1002/pei3.10042



Jussiaea Grandiflora
Source wikiwand : Ludwigia Grandiflora



Contact
Dominique Barloy (l'institut agro Agrocampus Ouest, ESE) / @
Alain-Hervé Le Gall (CNRS, OSUR multiCOM) / @