Les polyploïdes peuvent-ils rivaliser? Apprentissage de la théorie de la coexistence dans une expérience de lentilles de canard |

Frederik Mortier, Gand Universit, discute de son article: Polyploïde – coexistence diploïde dans la grandeurre à canard Spirodela polyrhiza

L’établissement polyploïde n’est pas aussi facile qu’il n’y paraît

La polyploïdie, lorsque les organismes ont des ensembles supplémentaires de chromosomes dus à la duplication du génome entier, est étonnamment courant, en particulier chez les plantes. La polyploïdie peut être une mutation dramatique avec un effet énorme sur les traits végétaux, tels que la tolérance au stress chez de nombreuses espèces et les fruits et fleurs plus grands dans les plantes domestiquées. Cependant, la polyploïdie a également un coût énorme: la taille du génome doublé inhibe une bonne croissance cellulaire et les polyploïdes sexuels éprouvent un désavantage minoritaire. En conséquence, de nombreuses espèces polyploïdes, en particulier immédiatement après la polyploïisation, deviennent plus lentes par rapport à leurs cousins diploïdes. Ensuite, pourquoi les espèces polyploïdes s’établissent-elles souvent souvent dans les communautés de plantes naturelles? Une possibilité est que les polyploïdes sont de meilleurs concurrents. Après tout, un polyploïde doit éviter d’être surpassé par son ancêtre.

Expériences d’invasion mutuelle pour tester l’establishment polyploïde en concurrence avec son progéniteur

Pour tester comment les polyploïdes rivalisent avec leurs parents diploïdes, nous avons utilisé des idées de la théorie de la coexistence écologique. Cette théorie demande: les espèces peuvent-elles coexister ou exclure l’autre? Une façon de le découvrir est par le biais de «expériences d’invasion mutuelle», dans lesquelles les espèces devraient coexister si les deux peuvent augmenter lorsque vous démarrez comme les rares espèces envahissantes. Le cadre de coexistence quantifie en outre la stabilité de la coexistence des espèces en fonction des effets dépendants et indépendants de la fréquence sur le taux de croissance.

Nous avons effectué des expériences d’invasion mutuelle en utilisant la plante aquatique, une plus grande lentille (Spirodela Polyrhiza). Notre laboratoire tétraploïdes stables créés précédemment à partir de quatre souches diploïdes différentes. Parce que ces tétraploïdes ont été récemment formés, les comparant à leurs parents diploïdes nous permet d’isoler l’effet de la duplication du génome lui-même à partir de l’évolution après la polyploïisation. Des populations mixtes de diploïdes ou de tétraploïdes à prédominance ont été utilisées pour tester respectivement l’invasion tétraploïde et l’invasion diploïde en suivant la fréquence tétraploïde sur 12 semaines en utilisant la cytométrie en flux. Nous avons testé cela dans des conditions bénignes et stressées au sel pour tester également si la tolérance au stress a favorisé le tétraploïde.

Mesurer la fréquence des tétraploïdes était difficile. Étant donné que le lente de canard est multicellulaire et la cytométrie en flux produit parfois des données bruyantes, nous avons calibré nos mesures à l’aide de modèles de données avancés. Même ainsi, il était difficile de détecter une diminution de la fréquence tétraploïde lorsque les tétraploïdes étaient déjà rares, comme dans les tests d’invasion tétraploïde. Cependant, la fréquence tétraploïde a clairement diminué dans tous les tests. Cela a indiqué que toutes les souches de lentilles tétraploïdes seraient exclues de manière compétitive par leur progéniteur diploïde, indépendamment du stress et des fréquences de départ.

Pour mieux comprendre ces dynamiques, nous avons également essayé d’estimer les différences de fitness et le chevauchement de niche entre les diploïdes et les tétraploïdes en utilisant la théorie de la coexistence. Nous expliquons dans le manuscrit comment cela a nécessité des tailles de population absolue et comment nous avons obtenu ceux qui utilisent des mesures de poids à sec de la population totale. Les données étaient bruyantes, mais dans deux cas, cette analyse a étonnamment suggéré une coexistence stable.

Emporter

Bien que les expériences d’invasion mutuelle aient clairement montré que toutes les souches de lentilles tétraploïdes avaient du mal à établir des modèles quantitatifs utilisant la théorie de la coexistence ont étonnamment laissé entendre la coexistence stable dans deux des huit combinaisons de souche-environnement. Cet écart nous amène à plaider fortement pour mesurer la taille absolue de la population aussi précisément que possible. Ce n’est qu’alors que la théorie de la coexistence peut nous aider à comprendre comment les polyploïdes peuvent réussir.