MOLECULAR AND MORPHOLOGICAL EVIDENCE REVEALS INTROGRESSION IN SWARMS OF THE INVASIVE TAXA FALLOPIA JAPONICA, F. SACHALINENSIS, AND F. XBOHEMICA (POLYGONACEAE)

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1 MOLECULAR AND MORPHOLOGICAL EVIDENCE REVEALS INTROGRESSION IN SWARMS OF THE INVASIVE TAXA FALLOPIA JAPONICA, F. SACHALINENSIS, AND F. XBOHEMICA (POLYGONACEAE) IN THE UNITED STATES MELINDA A. GAMMON, JONNA L. GRIMSBY, DINA TSIRELSON, AND RICK KESSELI American Journal of Botany 94(6): 948–

2 = X Introduction Fallopia japonica (FJ) et Fallopia sachalinensis (FS)
Origine : Asie de l’Est Introduites en Europe et en Amérique du Nord ; habitat = aux alentours des cours d’eau Elles sont capables de s’hybrider  F. Xbohemica (FXB) = X F. Xbohemica F. japonica F. sachalinensis

3 Introduction Structures et dynamiques des populations différentes en Europe et aux USA. Les critères morphologiques n’ont pas la même fiabilité selon les continents. L’hybridation serait impliquée dans l’évolution d’espèces invasives. Elle peut sauver des espèces de l’extinction. Création de nouveaux recombinants.

4 But de l’étude Quantification de l’importance de l’introgression aux Etats-Unis grâce à un arbre basé sur la morphologie des individus et à des marqueurs moléculaires. Introgression : Dispersion naturelle des gènes d’une espèce à l’intérieur d’une autre espèce, par hybridation interspécifique suivie de plusieurs rétrocroisements avec le parent local.

5 Matériels et Méthodes Critères morphologiques utilisés pour distinguer les espèces parentes F.japonica et F.sachalinensis des hybrides : - Feuilles : taille, forme de la base et de l’apex - Trichomes : longueur, densité, forme - Panicules : longueur De gauche à droite : F.sachalinensis, F. Xbohemica et F.japonica

6 Matériels et méthodes Étude effectuée en Nouvelle-Angleterre (N-E USA)
81 individus, de taille > 1,5m Analyse cluster hiérarchique Marqueurs moléculaires : Deux SNP (single nucleotide polymorphism) chloroplastiques KW6 : marqueur nucléaire SSR (simple sequence repeat) spécifique de F.sachalinensis

7 Résultats Parmi les 81 individus :
- 3 ont tous les critères de F.sachalinensis (FS) - 11 ont tous les critères de F.japonica (FJ) - Les autres ont un ou plusieurs caractères intermédiaires et sont donc classés en tant que F.Xbohemica (FXB)  "panicule" est le critère le plus sévère.

8 Résultats Analyse cluster IA-1 5 FXB + 10 FJ IA-2 21 FXB +1 FJ
IB-1 FXB IB-2 FXB mâle II : 3 FS + 1 FXB

9 IA-1 5 FXB + 10 FJ IA-2 21 FXB +1 FJ IB-1 FXB IB-2 FXB mâle II : 3 FS + 1 FXB

10 IA-1 5 FXB + 10 FJ IA-2 21 FXB +1 FJ IB-1 FXB IB-2 FXB mâle II : 3 FS + 1 FXB

11 1er marqueur chloroplastique
2ème marqueur chloroplastique Marqueur nucléaire Lignes 2, 5, 8  F.Xbohemica ayant génotypes chloroplastiques et nucléaire de F. japonica (ind 130, du groupe I-A2) Lignes 3, 6, 9  F. Xbohemica ayant génotypes nucléaire et chloroplastiques de F. sachalinensis (ind 174, du groupe I-B1) Lignes 4, 7, 10  F. Xbohemica ayant génotypes chloroplastiques de F.japonica et génotype nucléaire de F.sachalinensis (ind.75 du groupe I-B2)

12 IA-1 5 FXB + 10 FJ IA-2 21 FXB +1 FJ IB-1 FXB IB-2 FXB mâle II : 3 FS + 1 FXB

13 Les 4 individus du groupe II

14 IA-1 5 FXB + 10 FJ IA-2 21 FXB +1 FJ IB-1 FXB IB-2 FXB mâle II : 3 FS + 1 FXB

15 1er marqueur chloroplastique
2ème marqueur chloroplastique Marqueur nucléaire Lignes 2, 5, 8  F.Xbohemica ayant génotypes chloroplastiques et nucléaire de F. japonica (ind 130, du groupe I-A2) Lignes 3, 6, 9  F. Xbohemica ayant génotypes nucléaire et chloroplastiques de F. sachalinensis (ind 174, du groupe I-B1) Lignes 4, 7, 10  F. Xbohemica ayant génotypes chloroplastiques de F.japonica et génotype nucléaire de F.sachalinensis (ind.75 du groupe I-B2)

16 IA-1 5 FXB + 10 FJ IA-2 21 FXB +1 FJ IB-1 FXB IB-2 FXB mâle II : 3 FS + 1 FXB

17 1er marqueur chloroplastique
2ème marqueur chloroplastique Marqueur nucléaire Lignes 2, 5, 8  F.Xbohemica ayant génotypes chloroplastiques et nucléaire de F. japonica (ind 130, du groupe I-A2) Lignes 3, 6, 9  F. Xbohemica ayant génotypes nucléaire et chloroplastiques de F. sachalinensis (ind 174, du groupe I-B1) Lignes 4, 7, 10  F. Xbohemica ayant génotypes chloroplastiques de F.japonica et génotype nucléaire de F.sachalinensis (ind.75 du groupe I-B2)

18 DISCUSSION Généralement F. japonica est le parent maternel.
Hybridation et introgression peuvent être responsables d’ambiguïtés taxonomiques  marqueurs génétiques et morphologie pas toujours concordants. Etude  preuve que F. japonica et F. sachalinensis se sont hybridées  formation d’essaims complexes avec hybrides issus de rétrocroisements et de diverses générations. Hybridation et introgression à l’intérieur de F. japonica.

19 CONCLUSION Les 3 espèces du genre Fallopia sont capables de reproduction sexuée et asexuée + plusieurs degrés de ploïdie + diversité génétique  Gestion différentes en Europe et aux Etats-Unis.

20 LIMITES Les critères sont un peu "hasardeux" : il suffit qu’on change leurs limites ou qu’un soit éliminé pour qu’un individu passe d’une espèce à une autre  il faudrait des critères fixes (identiques ou différents) pour les 2 continents. Il se peut que l’âge de l’individu et l’habitat influencent la taille de la panicule. Arbre basé que sur morphologie : ils ont juste superposé les résultats des marqueurs moléculaires.

21 Références www.projects.ex.ac.uk/knotweed/
Site de J.P. Bailey : Grimsby J.L., Tsirelson D., Gammon M., Kesseli R., Genetic diversity and clonal vs. Sexual reproduction in Fallopia spp.(Polygonaceae). American Journal of Botany. 94 : Forman J., Kesseli R.V., Sexual reproduction in the invasive species Fallopia japonica (Polygonaceae). American Journal of Botany. 90 : Bailey J.P. Bimovà K., Mandàk B The potential role of polyploidy and hybridisation in the further evolution of the highly invasive Fallopia taxa in Europe. Ecol. Res. 22: 920–928

22 MERCI DE VOTRE ATTENTION