Petr Pyšek et une équipe de chercheurs d'institutions d'Europe, de Chine et des États-Unis ont voulu comprendre pourquoi certaines espèces végétales deviennent envahissantes lorsqu'elles sont introduites en dehors de leur aire de répartition d'origine. Cette question est importante car les espèces envahissantes peuvent causer de graves dommages aux écosystèmes et coûter des milliards à contrôler.

Les chercheurs ont analysé les données de plus de 11,000 XNUMX espèces végétales du monde entier pour explorer comment deux facteurs génétiques clés – la taille du génome et la ploïdie – affectent les différentes étapes de l’invasion. La taille du génome fait référence à la quantité totale d'ADN contenue dans les cellules d'un organisme. La ploïdie est le nombre d'ensembles de chromosomes ; par exemple, les plantes diploïdes ont deux ensembles, tandis que les tétraploïdes en ont quatre.

En compilant des ensembles de données mondiaux massifs, l’équipe pourrait tester de manière robuste les liens entre ces traits génétiques et le succès de l’invasion. Ils visaient à faire la lumière sur les raisons pour lesquelles certaines plantes deviennent des envahisseurs problématiques dans de nouvelles régions. Les résultats, publiés dans New Phytologist, ont des implications importantes pour la prévision et la gestion des invasions biologiques.

Rassembler les preuves

Les chercheurs ont rassemblé un énorme ensemble de données provenant d’espèces végétales de toute la planète. Cela comprenait 10,400 379 espèces de plantes à fleurs (angiospermes), 218 gymnospermes (comme les conifères), 52 fougères et XNUMX lymphes.

Les données sur la taille du génome et le nombre de chromosomes provenaient de la base de données des valeurs C de l'ADN végétal des jardins botaniques royaux de Kew. Il s’agit de la compilation la plus complète de mesures de la taille du génome végétal au monde. Les chercheurs ont également effectué des recherches dans la littérature scientifique pour ajouter des données sur la taille du génome de 40 autres espèces qui ne figurent pas encore dans la base de données.

Informations sur lesquelles les espèces végétales qui sont devenus naturalisés ou envahissants lorsqu'ils ont été introduits en dehors de leurs régions d'origine proviennent de la base de données Global Naturalized Alien Flora (GloNAF). Ces données couvrent 13,939 1,000 espèces de plantes exotiques naturalisées dans plus de 349 XNUMX régions du monde. Pour un sous-ensemble de XNUMX régions, des données étaient également disponibles sur les espèces naturalisées devenues envahissantes.

La compilation d’un ensemble de données aussi massif sur autant d’espèces végétales a permis aux chercheurs d’analyser les liens entre la taille du génome, le nombre de chromosomes et le succès de l’invasion. L’une des limites était que le nombre de chromosomes n’était pas disponible pour toutes les espèces, ce qui rendait impossible la détermination précise des niveaux de ploïdie dans certains cas. Malgré cela, l’ampleur de l’ensemble de données conférait un immense pouvoir de détection des tendances générales.

Effets contrastés à différentes étapes de l'invasion

L’analyse a révélé que les espèces végétales dotées de petits génomes étaient plus susceptibles de se naturaliser en dehors de leur aire de répartition d’origine. Les espèces naturalisées peuvent former des populations autonomes dans la nouvelle région sans intervention humaine.

Cependant, la situation était différente en ce qui concerne la propagation des espèces invasives et leurs impacts écologiques. La grande taille du génome et les niveaux de ploïdie plus élevés ont permis à une espèce naturalisée de progresser pour devenir un envahisseur problématique qui se propage rapidement et cause des dommages environnementaux.

Les chercheurs ont quantifié le succès de la naturalisation de deux manières : si une espèce avait été naturalisée n'importe où dans le monde et dans quel nombre de régions elle s'était naturalisée. Ils ont également examiné le nombre de régions où une espèce était devenue envahissante.

Les espèces dotées de génomes de taille intermédiaire ont été naturalisées ou envahissantes dans la plupart des régions du monde. Cependant, les grands génomes ont renforcé la capacité d’une espèce exotique à se propager de manière envahissante et à avoir un impact négatif sur la biodiversité et les écosystèmes indigènes.

Les effets contrastés aux stades de naturalisation et d’invasion montrent que la taille du génome et le niveau de ploïdie jouent des rôles différents dans la progression des espèces introduites vers les envahisseurs problématiques.

Pourquoi la taille du génome et la ploïdie ont-elles des effets contrastés ?

Les résultats suggèrent certaines explications pour lesquelles les petits génomes favorisent la naturalisation tandis que les grands génomes et une ploïdie élevée favorisent la propagation invasive.

• Les petits génomes permettent aux plantes introduites de s'adapter rapidement aux nouvelles conditions environnementales des régions dans lesquelles elles sont introduites. Cette évolution rapide améliore leur capacité à établir des populations durables.
• En revanche, de grands génomes et des ensembles supplémentaires de chromosomes fournissent des caractéristiques qui favorisent la propagation invasive, comme une croissance vigoureuse, un rendement reproducteur élevé et une dispersion efficace des graines ou des fragments végétatifs.

Les deux facteurs interagissent – espèces avec des génomes relativement petits combinés à une ploïdie plus élevée, ils semblent capables de maximiser les avantages du caractère invasif. Les petits génomes facilitent l'adaptation. Dans le même temps, des chromosomes supplémentaires se chargent croissance et reproduction. Les chercheurs ont découvert que même si les polyploïdes seuls étaient plus susceptibles de se naturaliser que les diploïdes, le succès de naturalisation le plus élevé concernait les espèces comprenant à la fois des individus diploïdes et polyploïdes. Ils suggèrent que cette combinaison diploïde-polyploïde maximise la variabilité, offrant ainsi un plus grand potentiel génétique d'adaptation à de nouveaux environnements.

Le rôle clé de la génétique dans les invasions végétales

Cette recherche révèle que deux facteurs génétiques fondamentaux – taille du génome et la ploïdie – jouent des rôles vitaux mais contrastés en permettant aux plantes de devenir des envahisseurs efficaces. Leurs effets changent en fonction du stade d'invasion. Les petits génomes facilitent la naturalisation en permettant une adaptation rapide à de nouveaux environnements. Cependant, de grands génomes et une ploïdie élevée favorisent la propagation invasive en fournissant des caractéristiques telles qu'une croissance et une reproduction vigoureuses. Ces nouvelles connaissances aident à expliquer pourquoi certaines espèces végétales deviennent des envahisseurs problématiques dans des régions situées en dehors de leur aire de répartition d'origine. Les résultats mettent également en évidence la nature des invasions biologiques dépendante du contexte, l’influence des traits des espèces et de la génétique se déplaçant entre les phases d’invasion.

L’étude démontre avec force l’intérêt de rassembler d’énormes ensembles de données mondiales pour identifier les tendances générales. La compilation de données sur plus de 11,000 XNUMX espèces végétales s’est avérée cruciale pour démêler les nuances relations entre la taille du génome, ploïdie et réussite envahissante. Ce le Big Data Cette approche ouvre la voie à une meilleure compréhension et à une meilleure prévision de la biologie de l’invasion.

LIRE L'ARTICLE
Pyšek, P., Lučanová, M., Dawson, W., Essl, F., Kreft, H., Leitch, IJ, Lenzner, B., Meyerson, LA, Pergl, J., van Kleunen, M., Weigelt , P., Winter, M. et Guo, W.-Y. (2023) «La petite taille du génome et la variation des niveaux de ploïdie favorisent la naturalisation des plantes vasculaires mais limitent leur expansion invasive., " New Phytologist, 239(6), p. 2389–2403. Disponible à: https://doi.org/10.1111/nph.19135.