Literatura académica sobre el tema "Silene – Reproduction (biologie) – Fécondation"

La biologie des gamètes et de la fécondation aviaire constitue un modèle à part d’adaptation physiologique. Elle tient compte de deux facteurs fondamentaux : 1) un système ovipare qui permet d’assurer le plus d’autonomie possible aux descendants et 2) un système de fécondation interne très élaboré qui vise à sélectionner la descendance des meilleurs reproducteurs. Dans cette synthèse nous présentons brièvement la structure et la fonction des gamètes mâles et femelles, l’originalité du système de conservation et de sélection des spermatozoïdes dans un oviducte aux multiples fonctions ; les données les plus récentes sur la fécondation et sa polyspermie physiologique et finalement quelques une des applications biotechniques. D’une façon générale l’optimisation du système de reproduction aviaire a largement contribué au succès de l’élevage des volailles. Dans l’avenir il doit être pris en compte dans les enjeux de durabilité des systèmes de production animale du XXIème siècle.

Les progrès récents de la biologie et notamment ceux réalisés dans le domaine des acides nucléiques et des protéines permettent d’envisager de nouvelles stratégies très prometteuses pour l’élevage des animaux domestiques. Des sondes d’acide nucléique permettent la détermination du sexe chez l’embryon bovin précoce. Plus généralement la multitude de sondes qui vont être progressivement disponibles et la cartographie des génomes vont donner une bien meilleure connaissance des animaux. Il en résultera de nouvelles stratégies de sélection beaucoup plus fines et beaucoup plus rapides. La préparation en masse de peptides recombinants (antigènes d’agents pathogènes, hormones, cytokines, anticorps monoclonaux...), laisse envisager des interventions sur les animaux jusqu’alors réservées à des cas très particuliers. Les nouvelles techniques liées à la reproduction des mammifères (maturation des ovocytes in vitro, fécondation in vitro, développement des embryons précoces in vitro, duplication des embryons par clivage et par clonage) vont progressivement se superposer aux techniques déjà existantes (insémination artificielle, transfert d’embryons) et contribuer à raccourcir les cycles de reproduction et la durée des programmes de sélection génétique. L’ingénierie génétique va permettre, dans les cas les plus favorables, de transmettre une protéine à un organisme entier sous la forme d’un gène actif. Des gènes peuvent être transférés dans les cellules somatiques des organismes entiers (thérapie génique) ou dans les embryons précoces (transgénèse). La thérapie génique peut permettre de ne plus devoir administrer un polypeptide de manière répétée à un animal et la transgénèse conduit à l’obtention de nouvelles lignées d’animaux présentant des caractères génétiques nouveaux définis par les transgènes. Ces interventions, qui sont les plus radicales et les plus prometteuses, ne pourront devenir une réalité significative dans les élevages qu’à la fin de ce siècle.

Quoiqu’entré dans le langage courant, le terme de “biotechnologies” a gardé une signification quelque peu imprécise. Au sens large, les biotechnologies peuvent être définies comme un ensemble de techniques et de connaissances permettant d’exploiter les propriétés du vivant à des fins d’application. Sous cette acception, les biotechnologies sont aussi vieilles que nos civilisations puisque l’homme s’est servi très tôt - bien sûr sans le savoir - de micro-organismes pour fabriquer des aliments tels le pain, le fromage et des boissons fermentées. Mais ce sont les avancées spectaculaires de la biologie moderne, notamment celles de la biologie moléculaire, qui élargissent presque à l’infini le champ d’application potentiel des biotechnologies. C’est le cas, entre autres, des applications possibles à l’élevage des progrès de la biologie animale. Le présent ouvrage regroupe, sur les biotechnologies animales, huit contributions qui représentent un spectre très large d’applications : produits issus de procédés biotechnologiques (vaccins, hormone), techniques de reproduction, aide à l’ amélioration génétique, transgenèse et nouveaux outils d’analyse de mécanismes biologiques. Prenant le contre-pied d’une certaine partie de la littérature antérieure sur le sujet, qui se présente comme une sorte d’hymne un peu naïf à la modernité, ces textes sont inspirés par le souci de replacer les biotechnologies dans leur contexte d’application réel, qu’il soit actuel ou potentiel, en essayant de dégager les perspectives et les limites de leur utilisation, tant du point de vue économique que de celui de l’acceptabilité par le citoyen. Dans cette optique, il est intéressant de rapprocher certaines des contributions présentées. Le premier rapprochement suggéré est celui des contributions traitant de l’utilisation de produits issus des biotechnologies, les vaccins et l’hormone de croissance recombinante. Dans le cas de la fabrication des vaccins, les progrès de la biologie moléculaire, associés à ceux des connaissances sur les agents pathogènes et le déterminisme de leur virulence, ont ouvert une série de voies nouvelles (vaccins recombinants, vecteurs inertes ou subunitaires). Toutefois, comme le remarque M. Eloit, ces produits ne sont pas encore entrés en force sur le marché pour des raisons d’ordre pratique et économique. En effet, les vaccins “de nouvelle génération” ne sont pas forcément à ce stade plus intéressants que les vaccins conventionnels existants, et ne sont pas nécessairement plus faciles à produire quand ces derniers n’ont pas pu l’être. On a donc ici le cas d’applications très attendues, ne posant pas de problème majeur d’acceptabilité par le public, mais qui n’ont pas encore débouché autant qu’on pouvait l’espérer. Bien entendu, il reste encore une marge de progrès considérable, et la vaccinologie moderne ne peut qu’aboutir, à l’avenir, à des obtentions significatives. A l’opposé, la production industrielle d’hormone de croissance recombinante est bien maîtrisée. Par ailleurs, une somme importante de connaissances, synthétisées par Y. Chilliard et coll., a été accumulée sur les effets zootechniques de cette hormone -positifs- ainsi que sur son mode d’action et sur les conséquences prévisibles de son utilisation au niveau des élevages et de la filière. Mais on sait que l’utilisation de cette hormone recombinante est interdite en Europe pour des raisons socio-économiques : il s’agit du refus de voir encore accélérer le processus de concentration des élevages avec ses conséquences sur la déprise de certaines zones agricoles, ainsi que de la crainte d’une dégradation de l’image des produits laitiers. On a donc ici le cas, inverse du précédent, d’un outil techniquement au point mais dont l’utilisation, pourtant fortement voulue par les lobbies industriels intéressés, se heurte à des oppositions inspirées par le souci de l’intérêt général. Le second groupe d’articles qu’il est intéressant de rapprocher est celui des biotechnologies de la reproduction : insémination artificielle, cryoconservation des gamètes, transplantation embryonnaire, sexage des embryons, fécondation in vitro et clonage embryonnaire. Il s’agit des contributions de J. Mallard et J.-C. Mocquot, J.-J. Colleau et coll., et G. Maisse et coll. L’insémination artificielle, et notamment son application aux bovins laitiers, est l’exemple par excellence d’une technologie de la reproduction ayant connu un plein succès. Comme le notent J. Mallard et J.-C. Mocquot, on dispose dans ce cas du recul nécessaire pour analyser tous les effets de l’utilisation de cette technologie, bien au point chez les bovins, qui sont considérables. Associée à la congélation du sperme, l’insémination artificielle a surtout permis le testage des mâles puis l’utilisation préférentielle des sujets améliorateurs ainsi repérés. Or, même si le terme de “testage” n’existait pas encore, l’idée d’une pratique consistant à observer la descendance des taureaux pour pouvoir ensuite en utiliser les meilleurs préexistait, avant sa réalisation effective, chez les plus clairvoyants des éleveurs et des cadres de l’élevage. On a, sur ce point, des témoignages datant de plus de 75 ans. Il est donc fondamental de prendre conscience du fait que la technologie de l’insémination artificielle associée à la congélation du sperme est venue répondre à un besoin latent très fort, ce en quoi elle représente un cas de figure très particulier. La situation n’est pas tout à fait comparable pour les autres biotechnologies de la reproduction - transplantation embryonnaire, sexage des embryons, clonage embryonnaire - qui répondent certes à des besoins, mais à des besoins beaucoup moins caractérisés et plus réduits que le précédent. L’article de J.-J. Colleau et coll. permet de préciser les limites techniques et économiques de l’utilisation de ces nouveaux outils de la reproduction, ainsi que leurs perpectives d’application dans les programmes d’amélioration génétique, c’est-à-dire dans le cadre d’une démarche d’intérêt collectif. Curieusement, la cryoconservation des gamètes, routinière dans certaines espèces, est loin d’être au point dans d’autres, alors qu’elle pourrait rendre de grands services dans le cadre de la sélection et dans celui de la préservation des ressources génétiques. La contribution de G. Maisse et coll. fait le point des travaux qui se poursuivent chez les poissons, où de nombreuses difficultés restent à résoudre. Au début des années 80, période pendant laquelle, selon la formule de J. Mallard et J.-C. Mocquot, le terme de biotechnologies était “majoritairement décliné au futur”, la transgenèse a été volontiers présentée comme le substitut moderne aux méthodes de la génétique quantitative utilisées pour l’amélio ration génétique des espèces d’élevage. La lecture des contributions de D. Boichard et coll. sur l’utilisation des marqueurs moléculaires en génétique animale et de L.M. Houdebine sur la transgenèse animale confirme à quel point ces prévisions étaient naïves. A l’heure actuelle, deux constats principaux doivent être faits. Tout d’abord, la transgenèse appliquée à la création de souches des grandes espèces animales est encore balbutiante, surtout par manque de techniques vérita blement opérationnelles. En second lieu, les travaux d’analyse des génomes animaux qui, eux, progressent très vite, doivent permettre, dans un avenir proche, de détecter les principales régions chromosomiques impliquées dans le déterminisme des caractères économiques et d’intégrer cette masse d’informations nouvelles dans le processus de sélection. Il s’agira du début d’une nouvelle phase décisive de l’histoire de la génétique appliquée aux espèces d’élevage. Les progrès auront donc été beaucoup plus significatifs que pour la trans genèse. A l’avenir, celle-ci devrait bénéficier des résultats de ces travaux d’analyse du génome, ne serait-ce que pour identifier des gènes dont le transfert ou la mutation pourrait s’avérer judicieux. Il restera quand même à prendre en compte, dans le contexte futur encore incertain, les limites de l’acceptabilité par le public des obtentions transgéniques. Last but not least, il ne faut pas oublier que les nouvelles biotechnologies sont à leur tour des outils très puissants d’analyse des mécanismes du vivant. La contribution de T. Pineau donne l’exemple des avancées en cours dans les domaines de la pharmacologie et de la toxicologie. En définitive le bilan qui peut être fait aujourd’hui des avancées des biotechnologies animales peut paraître contra sté, surtout si on se réfère aux prévisions faites il y a une quinzaine d’années par les bateleurs de la Science. De nos jours, l’affichage des perspectives d’application des biotechnologies reste parfois contaminé par la nécessité devant laquelle se trouvent les équipes, engagées dans la chasse aux crédits, de justifier leurs travaux par la promesse de retombées concrètes. Toutefois, la lecture du présent document montre que, dans certains domaines, les choses ont déjà beaucoup avancé. Par ailleurs, les perspectives de progrès de la biologie animale sont encore considérables, tout comme les perspectives d’application des biotechnologies qui en décou leront. Mais beaucoup d’inattendu étant devant nous, on se gardera ici d’être plus précis dans les prédictions !

La gynodioécie – la coexistence d’individus femelles et hermaphrodites- est un des systèmes le plus commun après l’hermaphrodisme chez les angiospermes. Le maintien et l’évolution de la gynodioécie intriguent beaucoup de scientifiques. L’objectif de ma thèse était de déterminer les forces évolutives impliquées dans le maintien d’un tel polymorphisme sexuel et d’étudier certaines conditions nécessaires à l’occurrence d’une meilleure performance des individus femelles et à la variation de l’ampleur de cet avantage chez Silene nutans. Par une approche de génomique des populations, j’ai comparé le polymorphisme des trois génomes (nucléaire, mitochondrial et chloroplastique) de deux espèces, une gynodioïque ; S. nutans et une dioïque : Silene otites. J’ai montré la gynodioécie se maintien chez S. nutans grâce à une sélection fréquence-dépendante négative. Un deuxième volet de ma thèse concerne l’occurrence et la variation de l’amplitude de l’avantage femelle. Grâce à une approche de biologie et de génétique des populations, j’ai comparé le succès reproducteur des femelles et hermaphrodites. J’ai montré que l’avantage femelle dépend de l’efficacité de pollinisation et du taux d’autofécondation qui varient selon le sexe ratio en conditions expérimentales. Par ailleurs, j’ai montré qu’en population naturelle les flux de pollen étaient majoritairement restreints dans l’espace. J’ai aussi montré que dans la population naturelle étudiée le déterminisme génétique de la gynodioécie est nucléaire. Enfin, j’ai mis en évidence une meilleure contribution des pollinisateurs nocturnes au succès reproducteur chez S. nutans par rapport aux pollinisateurs diurnes de cette espèce
Gynodioecy - the coexistence of female and hermaphrodite individuals, is one of the most common systems after hermaphroditism in angiosperms. The maintenance and evolution of gynodioecy intrigued many evolutionary biologists. The aim of my thesis was to determine the evolutionary forces involved in maintaining such a sexual polymorphism and study some necessary conditions for the occurrence of a better performance of female and the variation of the magnitude of this advantage in Silene nutans. By population genomics approach, I compared the polymorphism of three genomes (nuclear, mitochondrial and chloroplast) of two species, gynodioïque, S. nutans and dioecious: Silene otites. I showed that gynodioecy is maintained in S. nutans through a frequency-dependent negative selection. A second part of my thesis concerns the occurrence and variation of the amplitude of the female advantage. With biology and genetic of population approach, I compared the reproductive success of females and hermaphrodites. I showed that the female advantage depends on the efficiency of pollination and selfing rates that vary according to the sex ratio in experimental conditions. Furthermore, I showed that natural population pollen flow were mainly restricted in space. I also showed that in the studied natural population the genetic determinism of gynodioecy is nuclear. Finally, I highlighted a greater contribution of nocturnal pollinators to reproductive success in S. nutans in relation to diurnal pollinators of this species

La gynodioécie – la coexistence d’individus femelles et hermaphrodites- est un des systèmes le plus commun après l’hermaphrodisme chez les angiospermes. Le maintien et l’évolution de la gynodioécie intriguent beaucoup de scientifiques. L’objectif de ma thèse était de déterminer les forces évolutives impliquées dans le maintien d’un tel polymorphisme sexuel et d’étudier certaines conditions nécessaires à l’occurrence d’une meilleure performance des individus femelles et à la variation de l’ampleur de cet avantage chez Silene nutans. Par une approche de génomique des populations, j’ai comparé le polymorphisme des trois génomes (nucléaire, mitochondrial et chloroplastique) de deux espèces, une gynodioïque ; S. nutans et une dioïque : Silene otites. J’ai montré la gynodioécie se maintien chez S. nutans grâce à une sélection fréquence-dépendante négative. Un deuxième volet de ma thèse concerne l’occurrence et la variation de l’amplitude de l’avantage femelle. Grâce à une approche de biologie et de génétique des populations, j’ai comparé le succès reproducteur des femelles et hermaphrodites. J’ai montré que l’avantage femelle dépend de l’efficacité de pollinisation et du taux d’autofécondation qui varient selon le sexe ratio en conditions expérimentales. Par ailleurs, j’ai montré qu’en population naturelle les flux de pollen étaient majoritairement restreints dans l’espace. J’ai aussi montré que dans la population naturelle étudiée le déterminisme génétique de la gynodioécie est nucléaire. Enfin, j’ai mis en évidence une meilleure contribution des pollinisateurs nocturnes au succès reproducteur chez S. nutans par rapport aux pollinisateurs diurnes de cette espèce
Gynodioecy - the coexistence of female and hermaphrodite individuals, is one of the most common systems after hermaphroditism in angiosperms. The maintenance and evolution of gynodioecy intrigued many evolutionary biologists. The aim of my thesis was to determine the evolutionary forces involved in maintaining such a sexual polymorphism and study some necessary conditions for the occurrence of a better performance of female and the variation of the magnitude of this advantage in Silene nutans. By population genomics approach, I compared the polymorphism of three genomes (nuclear, mitochondrial and chloroplast) of two species, gynodioïque, S. nutans and dioecious: Silene otites. I showed that gynodioecy is maintained in S. nutans through a frequency-dependent negative selection. A second part of my thesis concerns the occurrence and variation of the amplitude of the female advantage. With biology and genetic of population approach, I compared the reproductive success of females and hermaphrodites. I showed that the female advantage depends on the efficiency of pollination and selfing rates that vary according to the sex ratio in experimental conditions. Furthermore, I showed that natural population pollen flow were mainly restricted in space. I also showed that in the studied natural population the genetic determinism of gynodioecy is nuclear. Finally, I highlighted a greater contribution of nocturnal pollinators to reproductive success in S. nutans in relation to diurnal pollinators of this species

Des études récentes sur les organismes à fécondation externe démontrent que la disponibilité du sperme et le succès de fécondation sont très sensibles aux changements d’abondance des populations. Cependant, la sévérité de la limitation du sperme est controversée et peu d’études ont mesuré le taux de fécondation dans des populations naturelles. Au cours des hivers 2002 et 2003, nous avons utilisé des essais de fécondation pour quantifier la disponibilité du sperme dans des populations d’oursins d’abondances différentes. Des pontes intenses et des niveaux de fécondation approchant 100 % ont été observés dans la grande population tandis que la population plus petite montra une activité de ponte beaucoup moins intense. Cependant, les pontes entre les deux populations coïncidaient, suggérant l’implication d’un signal de ponte à grande échelle. Nous pensons que des pontes massives sont plus probables dans les populations de grandes abondances parce que des phéromones atteindraient des concentrations qui stimuleraient les oursins moins réceptifs à pondre.
Recent experimental studies with gamete-spawning organisms indicate sperm availability and in turn fertilization success may be sensitive to changes in population abundance. However, the occurrence of sperm limitation is controversial and few studies have measured fertilization rates during natural spawnings. During 2002 and 2003, we used fertilization assays to quantify sperm availability near urchin populations of different abundances. Extensive spawning and fertilization rates near 100% were observed near a large population, whereas smaller populations showed lower and less sustained fertilization rates and no drop in gonad size. Some increases in sperm availability occurred at the same time in different populations, suggesting spawning in response to a large-scale cue. We speculate that mass, synchronous spawning is more likely in large populations where gametes or pheromones from conspecifics reach concentrations that are high enough to trigger spawning in less responsive urchins.

La these traite de la reproduction d'une planorbe neotropicale: biomphalaria glabrata. Le premier chapitre est consacre a l'etude de la gonade. Apres une description de l'ovotestis, l'etude de son fonctionnement est aborde par la methode des cultures in vitro. Ensuite, sont etudies les effets de perturbations comme le jeune et les temperatures elevees sur la gonade d'individus jeunes et immatures. Le deuxieme chapitre porte sur les tractus genitaux. Le probleme de la differenciation des tractus et de leur fonctionnement (elaboration des pontes) est aborde par la castration chirurgicale. Il est traite ensuite des perturbations provoquees par le jeune, la dessiccation et les temperatures elevees. Le troisieme chapitre concerne le fonctionnement global de l'appareil genital, a travers sa caracteristique essentielle qui est l'hermaphrodisme. Il est traite du demarrage de l'activite sexuelle, de l'accouplement et des notions de fecondite et de fertilite. Ce chapitre se clot sur l'etude de l'auto- et de l'allofecondation et de leurs consequences sur la reproduction de la planorbe. Le quatrieme chapitre traite, dans diverses conditions experimentales, de l'importance relative des deux modes de reproduction sur les consequences que cela entraine sur les echanges genetiques entre les individus

Le processus de spéciation reflète l’origine et la mise en place de barrières à la reproduction. Cela revient donc à répondre aux questions suivantes: comment les barrières à la reproduction se mettent en place, est-ce qu’elles permettent le maintien de l’intégrité génétique des populations et quelle est l’architecture génétique de l’isolement reproducteur (IR)? L’objectif de ma thèse est d’apporter des premières réponses à ces questions dans le genre Silene tout en prenant en compte l’impact potentiel des systèmes de reproduction sur le processus de spéciation. Une première partie de ma thèse se concentre sur l’espèce gynodioïque S. nutans chez qui j’ai identifié deux lignées génétiques qui se sont différenciées en allopatrie, lors des glaciations. Actuellement, en contact secondaire, leur IR est quasi-complet. Toutefois, l’hétérogénéité de la sélection le long du génome ayant façonné le patron de différenciation génétique empêche l’étude de l’architecture génétique de l’IR par un scan génomique. Dans une seconde partie, je me suis intéressée à l’effet de la dioécie sur la divergence des populations et les capacités d’adaptation des espèces. La découverte de différents systèmes de détermination du sexe entre deux espèces proches permet de proposer une architecture génétique de l’IR associée à la labilité des chromosomes sexuels. Mes travaux de thèse apportent des premières pistes pour mieux comprendre comment l’IR peut se mettre en place entre deux taxons. La prise en compte du système de reproduction des organismes et les conflits génétiques qui y sont associés (chromosomes sexuels, conflit nucléo-cytoplasmique) peuvent s’avérer importants dans l’étude de la spéciation
Speciation reflects the origins and further development of reproductive barriers. The study of speciation thus requires answering three main questions: which processes lead to reproductive barriers; how effective these barriers are to maintain the genetic integrity of populations; and what are their genetic basis. The goal of my thesis is to attempt to answer these questions in the context of the Silene genus, and to evaluate the potential impact of breeding systems in the speciation process. In the first part, I focused on S. nutans, a gynodioecious species which exhibits two genetic lineages that differentiate in allopatry. Nowadays in secondary contact, the reproductive isolation between these lineages is almost complete. The heterogeneity of selection along the genome has shaped the heterogeneity of genetic differentiation. Therefore, I was not able to propose candidate regions of the genetic basis of the reproductive barriers. In a second part, I focused on the impact of dioecy on population divergence and species adaptation. The discovery of distinct sex determination in close species allowed me to propose to associate the genetic basis of the reproductive isolation to sex chromosome lability. My work furthers the understanding how reproductive barriers developed between two taxas and shows that taking into account the breeding system of taxa and associate genetic conflicts (sex chromosome, cyto-nuclear conflicts) can be important in the study of speciation

Les recherches presentees concernent l'etude, in vitro, de la differenciation de la granulosa ovine et porcine apres traitement par les hormones gonadotropes (fsh, lh) et leurs agonistes (ampc, forskoline). Les caracteristiques fonctionnelles des modeles experimentaux (primocultures et lignees perennisees) et les conditions de culture mises au point sont tout d'abord presentees. L'etude de la cytodifferenciation a porte plus precisement sur l'organisation du cytosquelette (microfilaments, microtubules, filaments intermediaires) et l'expression des genes correspondants (actine, tubuline, vimentine). L'analyse electrophoretique des syntheses proteiques a ete effectuee pour identifier un marqueur lie a la presence de l'allele fecb, gene majeur d'hyperprolificite chez la brebis. Enfin, le dernier chapitre a permis d'aborder l'expression du gene igf1 et le role de ce facteur de croissance dans la differenciation hormonodependante des cellules porcines. Ainsi, les modifications morphologiques, durables chez la truie, transitoires chez la brebis, sont essentiellement associees a une depolymerisation des microfilaments et a une regulation negative de l'actine (proteine et arns messager). A la suite de la comparaison des profils monodimensionnels, aucune proteine cellulaire ou secretee n'a pu etre associee a l'expression de fecb dans la granulosa. En outre, il a ete demontre que la regulation ampc dependante du gene igf1 s'exerce de maniere directe au niveau transcriptionnel. Par ailleurs, les effets regulateurs de la fsh sur la secretion de progesterone et les syntheses proteiques (cellulaires et secretees) ne s'exercent qu'en presence de derives de type insulinique (insuline, igf1)

Il est maintenant reconnu que les changements globaux actuels ont un impact négatif sur les populations de plantes et de pollinisateurs. Pourtant, les conséquences écologiques et évolutives d'une limitation en partenaires sexuels et/ou en pollinisateurs sur les systèmes de reproduction des plantes ont été peu étudiées à ce jour. Notre contribution à cet enjeu scientifique porte ainsi sur l'étude de la limitation de la pollinisation le long d'un gradient de ressources florales chez un arbuste autocompatible à floraison massive (Rhododendron ferrugineum). Les causes de cette limitation et ses conséquences sur la reproduction sexuée du rhododendron y sont explorées au moyen d'une approche multiple comprenant : la description des interactions plantes-pollinisateurs à l'échelle de la communauté, l'étude des charges polliniques transportées et déposées par les pollinisateurs et la caractérisation de la pollinisation et du système de reproduction de R. Ferrugineum. Les mécanismes écologiques et évolutifs (intrinsèques à cette espèce ou liés à la communauté environnante de plantes) susceptibles de compenser la limitation de la pollinisation sont également examinés. Nous mettons en évidence que l'abondance des pollinisateurs diminue substantiellement avec la réduction des ressources florales de R. Ferrugineum. Toutefois, grâce à sa forte attractivité, ce dernier monopolise les pollinisateurs de la communauté compensant ainsi l'effet négatif de l'isolement. La limitation de la pollinisation (transfert de pollen) de R. Ferrugineum, est principalement due à une faible disponibilité en pollinisateurs lorsque les ressources florales sont abondantes (compétition intraspécifique) et à une faible disponibilité en partenaires sexuels lorsque les ressources florales sont réduites (autre extrémité du gradient). Notre étude démontre que la limitation en pollinisateurs et la limitation en partenaires conduisent à deux modes de pollinisation contrastés (respectivement allogamie / autogamie facilitée) et à une variation du succès reproducteur (faible / élevé) et du taux d'autofécondation (faible / élevé) de R. Ferrugineum. Toutefois, aucun changement évolutif du système de reproduction vers l'autofécondation spontanée n'a été observé en réponse à cette limitation en transfert de pollen, quelle que soit son origine (pollinisateurs / partenaires). Cette étude démontre clairement l'intérêt d'utiliser une approche holistique pour étudier les conséquences des changements globaux sur l'évolution du système de reproduction et le potentiel adaptatif des plantes. La très forte dépression de consanguinité et les pressions de sélection liées à l'attraction des pollinisateurs favorisant tant l'autogamie facilitée que l'allogamie, semblent fortement contraindre l'évolution du système de reproduction des espèces pérennes à floraison massive
There is increasing evidence that global changes negatively impact plant and pollinator populations. However, the ecological and evolutionary consequences of pollinator and mate limitations on plant mating system have been poorly studied. To contribute to this scientific challenge, we study the importance of pollination failure in a self-compatible and mass-flowering shrub (Rhododendron ferrugineum) along a gradient of floral display size. To explore the causes of pollination failure and the consequences on the reproductive success of this focal species, we used an integrative approach including: the study of plant-pollinator interactions at the community scale, pollinator and stigmatic pollen load analyses and the pollination and mating system of the focal species. We also examine, at the species and community levels, the ecological and evolutionary processes that might be able to alleviate pollination failure. We evidence that pollinator abundance substantially decreased with decreasing R. Ferrugineum floral display size. Nevertheless, this highly attractive species monopolizes pollinators from the surrounding community, mitigating the negative consequences of plant isolation. Pollination failure, assessed by pollen transfer limitation in R. Ferrugineum, is due to low pollinator availability in patches with large floral display sizes (intraspecific competition) while it is due to low conspecific plant availability in patches with small floral display sizes. Our study highlights that pollinator versus mate limitation resulted in contrasted pollination modes (allogamy / facilitated autogamy, respectively), reproductive success (low / high) and selfing rate (low / high). Contrary to our expectations, no evolutionary shift has been observed towards a higher frequency of spontaneous self-fertilization in response to pollen transfer limitation due to either pollinator or mate limitation. This study clearly demonstrates the relevance of using holistic approaches to assess global changes consequences on mating system evolution and adaptive potential of plant species. High inbreeding depression and selective pressures on pollinator attractive structures, allowing both facilitated selfing and outcrossing, are likely to prevent mating system evolution in long-lived mass-flowering species

Les gènes impliquées dans la reproduction évoluent rapidement et sont très souvent soumis à sélection positive. L’objectif de ma thèse a été d’étudier l’évolution de certains de ces gènes, potentiellement impliqués dans le phénomène de spéciation via leur implication dans les barrières prézygotiques.Nos résultats montrent que pour le gène SAL1, impliqué dans la reconnaissance phéromonale chez le porc, trois acides aminés sous sélection positive participent à la liaison de la phéromone spécifique porcine. Nous avons également réalisé l’analyse évolutive des gènes prouvés expérimentalement comme ayant un rôle dans l’interaction spermatozoïde-ovocyte lors de la fécondation. Chacune des dix neuf espèces de vertébrés étudiées présente un profil évolutif particulier pour ces gènes, caractérisé par le gain et la perte de gènes, ainsi que la position des acides aminés sous sélection positive. L’évolution divergente de l’ensemble de ces gènes pourrait être impliquée dans la spéciation ou au moins dans le renforcement des barrières d’espèces.Enfin, le serveur web PhyleasProg a été conçu au cours de la thèse. Cet outil permet désormais aux scientifiques, peu aguerris aux méthodes d’analyses phylogénétiques, d’acquérir simplement et rapidement un grand nombre de résultats sur l’histoire évolutive de leurs gènes d’intérêts
Genes involved in reproduction evolve rapidly and are often under positive selection. The objective of this work was to study the evolution of some of these genes, potentially involved in speciation, through their involvement in prezygotic barriers.Our results show that for the SAL1 gene, involved in pheromonal recognition in pig, three amino acids under positive selection participate in the specific binding of the pig pheromone. We also perform an evolutionary analysis of genes experimentally shown to be involved in the sperm-oocyte interaction during fertilization. Each of the nineteen species studied exhibit a particular pattern of evolution, characterized by gene gains and losses, as well as the position of amino acids under positive selection. The divergent evolution of all these genes could be involved in speciation or at least in the reinforcement of species barriers.Finally, the PhyleasProg web server was designed during the thesis. This tool permits to scientists with no experience in phylogenetic analyses to acquire a large number of results quickly and easily on the evolutionary history of their genes of interest

La reproduction est un événement crucial pour la vie des plantes. Ce processus nécessite la formation du pollen et des ovules. Les cellules germinales vont subir la méiose puis une succession de mitoses, deux pour le pollen et trois pour l’ovule, ce qui va leur permettre d’acquérir leurs structures finales. Une fois formés, ces deux gamètes doivent se rencontrer. Pour cela, le grain de pollen va germer sur le stigmate puis former le tube pollinique. Le tube pollinique en croissance va traverser les différents tissus femelles et ainsi tracter les deux cellules spermatiques jusqu’à l’ovule, permettant la reproduction. Un important réseau de signalisation cellulaire est nécessaire pour permettre ces événements. Les cascades des Mitogen-Activated Protein Kinases (MAPKs) sont l’un des réseaux de signalisation les plus étudiés chez les plantes. Ces kinases sont impliquées dans de très nombreux processus développementaux tels que la formation de l’embryon ou des stomates. Pour autant, leurs rôles restent encore peu caractérisés pendant de la fécondation. Ce projet a pour objectif de mieux comprendre le rôle que jouent les MAPK lors de la formation des gamètes mâles et femelles ainsi que lors de la croissance des tubes polliniques. Plusieurs membres de la superfamille des MAPKs ont été caractérisés pour leurs rôles dans la reproduction sexuée des végétaux. De précédents travaux dans le laboratoire de Daniel P. Matton, ont démontré l’implication de deux MAPK Kinases Kinases (MAP3K), la Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) et ScFRK2. Ces deux kinases sont nécessaires pour le développement de l’ovule et du pollen chez S. chacoense, une espèce de pomme de terre sauvage diploïde. Dans un premier temps, nous avons étudié la fonction d’une nouvelle ScFRK, la ScFRK3. Ce troisième membre de la classe des FRKs chez S. chacoense, est, elle aussi, impliquée dans le développement des gamétophytes mâles et femelles. Du patron d’expression jusqu’à l’établissement d’une voie de signalisation potentielle, en passant par la caractérisation phénotypique des mutants, plusieurs expériences ont été réalisées dans le but de comprendre le rôle de ScFRK3 lors de la formation des gamètes chez Solanum chacoense. Nous montrons que la ScFRK3 est impliquée dans la formation du pollen ainsi que celui des ovules. Nous avons ensuite poursuivi nos recherches en affinant le phénotypage du mutant de surexpression ScFRK2. En effet, les précédentes études ont permis de montré que la surexpression de ScFRK2 conduit le primordium ovulaire à la formation de structures carpéloïdes. Pour autant, les ensembles des primordius ovulaires ne sont pas devenu des strutures capéloïde. Nous montrons ici que seulement 10 % des ovules dans l'ovaire sont devenu 4 des carpéloïde. Notre étude montre qu’en plus des structures carpéloïdes, un grand nombre d'ovule n'ont pas de sac embryonnaire à l'anthèse ce qui explique le faible nombre de graines par fruit. L’analyse du développement des sacs embryonnaires monte que la surexpression de ScFRK2 entraine l’arrêt au stade mégaspore fonctionnelle. Ce phénotype est similaire à ce qui a pu être observé dans les lignées ARN interférant pour la ScFRK1 et la ScFRK3. De précédentes études faites chez Arabidopsis thaliana semblent montrer que les membres de la superfamille des MAPK ne sont pas essentiels pour la croissance du tube pollinique. Pour comprendre le rôle que jouent les MAPK dans l’élongation du tube pollinique, nous avons utilisé un inhibiteur des MAP Kinase Kinase (MKK), appelé U0126. La présence de cette drogue dans le milieu de croissance des grains de pollen provoque une diminution de la germination et de l’élongation du tube pollinique. L’utilisation de la méthode semi-in vivo montre une perte de la polarisation de la croissance des tubes polliniques causée par l’inhibition des MKK. La présence de l’inhibiteur conduit à la diminution de la quantité de filaments d’actine ainsi qu’à leur désorganisation à l’apex du tube. L’exocytose est aussi affectée par l’inhibition des MKK. Les cascades MAPK sont nécessaires à la croissance polarisée du tube pollinique chez Arabidopsis thaliana. Pour finir, nous avons voulu identifier certains membres de la superfamille des MAPK impliqués dans la croissance du tube pollinique. Nous nous sommes intéressés en premier lieu aux orthologues de la famille ScFRK chez Arabidopsis thaliana. Les AtMAP3K19-20-21 sont les orthologues les plus proches de ScFRK3. Ces AtMAP3K sont exprimées lors du développement des grains de pollen et lors de l’élongation de tube pollinique. L’analyse du pollen des différentes lignées mutantes montre qu’en leur absence, le pollen ne présente aucun problème de développement contrairement à ScFRK3. Par contre, les doubles mutants et le triple mutant pour les AtMAP3K19-20-21 montrent une diminution de la capacité de germination. L’élongation du tube pollinique est affectée lors de la mutation d’au moins une des AtMAP3K. Ces deux études démontrent que les MAPK sont essentielles dans la formation et l’élongation du tube pollinique.
Reproduction is a crucial event for plant life. This process requires the formation of pollen and ovules. The germ cells will undergo meiosis and then a succession of mitosis, two for the pollen and three for the ovule, which will allow them to acquire their final structures. Once formed, these two gametes must meet each other. For this, the pollen grain will germinate on the stigmas to form the pollen tube. The growth of the pollen tube will pass through the different female tissues and thus pull the two sperm cells to the ovum for reproduction. An important cellular signaling network is necessary to allow these events to occur. The Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPKs) cascades are one of the most studied signaling networks in plants. These kinases are involved in a wide range of developmental processes such as embryo formation and stomata. However, their roles remain poorly characterized during fertilization. The aim of this project is to better understand the role played by MAPKs during the formation of male and female gametes as well as during the growth of pollen tubes. Several members of the MAPK superfamily have been characterized for their role in the sexual reproduction of plants. Previous work in Daniel P. Matton's laboratory has demonstrated the involvement of two MAPK Kinases (MAP3K), Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) and ScFRK2. These two kinases are necessary for egg and pollen development in S. chacoense, a diploid wild potato species. In a first step, we studied the functionality of a new ScFRK, ScFRK3. This third member of the class of FRKs in S. chacoense, is also involved in the development of male and female gametophytes. From the expression pattern to the establishment of a potential signaling pathway, through the phenotypic characterization of mutants, several experiments have been performed in order to understand the role of ScFRK3 in the formation of gametes in S. chacoense. We show that ScFRK3 is involved in the formation of pollen as well as that of the embryonic sac. We then continued our research by refining the phenotyping of the overexpression mutant ScFRK2. Indeed, previous studies have shown that ScFRK2 overexpression leads the ovular primordium to the formation of carpeloid structures. However, the sets of ovular primordia have not become capeloid structures. We show here that only 10% of the eggs in the ovary have become carpeloid. Our study shows that in addition to the carpeloid structures, a large number of ova do not have an embryonic sac in the anthesis, which explains the low number of seeds per fruit. The analysis of the development of the embryonic sacs shows that 7 overexpression of ScFRK2 leads to the cessation of the functional megaspore stage. This phenotype is similar to what has been observed in interfering RNA lines reducing expression of ScFRK1 and ScFRK3. Previous studies in Arabidopsis thaliana suggest that members of the MAPK superfamily are not essential for pollen tube growth. To understand the role that MAPKs play in pollen tube elongation, we used a MAP Kinase Kinase (MKK) inhibitor called U0126. The presence of this drug in the growth medium of pollen grains causes a decrease in germination and elongation of the pollen tube. The use of the semi in vivo method shows a loss of polarization of the pollen tube growth caused by the inhibition of MKK. The presence of the inhibitor leads to a decrease in the number of actin filaments and their disorganization at the apex of the tube. Exocytosis is also affected by MKK inhibition. We show in this chapter that MAPK cascades are necessary for polarized pollen tube growth in Arabidopsis thaliana. Finally, we wanted to identify some members of the MAPK superfamily involved in pollen tube growth. We were first interested in the ScFRK family orthologs in Arabidopsis thaliana. AtMAP3K19-20-21 are the closest orthologs to ScFRK3. These AtMAP3K are expressed during the development of pollen grains and during the elongation of the pollen tube. Pollen analysis of the different mutant lines shows that in their absence the pollen does not present any development problems unlike ScFRK3. On the other hand, double mutants and triple mutant for AtMAP3K19-20-21 show a decrease in germination capacity. Pollen tube elongation is affected when at least one of the AtMAP3Ks is mutated. These two studies demonstrate that MAPKs are essential for the formation and elongation of the pollen tube and that AtMAP3K19-20-21 participate in these biological processes.