L’évolution de Setaria viridis dans les habitats côtiers commence par la divergence des variantes des populations locales

Matsuo Itoh parle de son article : ‘Adaptation parapatrique et sympatrique de Setaria viridis populations du Japon dans des habitats côtiers hétérogènes via la divergence des caractères de la forme végétale, de la tolérance aux brouillards salins et de la période de floraison.’

Écotypes maritimes

Les plantes maritimes contiennent des écotypes nains adaptés à l’exposition aux vents forts et aux embruns salés. La forme compacte des plantes côtières est due à l’inhibition de la croissance et à la nécrose des feuilles induite par les embruns salés. La tolérance au brouillard salin joue également un rôle dans les adaptations au milieu côtier. Les écotypes sont des groupes répandus qui évoluent à partir de populations géographiquement isolées au sein d’une espèce et sont souvent considérés comme les précurseurs de nouvelles espèces. Lorsque les variantes différenciées des populations locales sont bien adaptées et isolées sur le plan reproductif, elles deviennent les précurseurs de nouveaux écotypes. Setaria viridis, qui est une graminée annuelle autofertile répandue dans le monde entier, comprend trois variantes qui diffèrent par la forme de la plante et la tolérance aux embruns salés : courte et tolérante, sur les falaises rocheuses et les rivages de galets des mers ouvertes ; grand et mi-tolérant, sur les rives sablonneuses de la mer intérieure de Seto ; et des variantes intérieures ordinaires, hautes et sensibles. La variante courte et tolérante est distribuée dans les habitats côtiers de l’Asie de l’Est, c’est-à-dire dans tout le Japon et la Chine du Sud, et est équivalente à l’écotype taxonomique. Côtier S. viridis les populations conviennent à l’étude de la divergence des populations car elles présentent une forte variabilité qui a généré de multiples variantes côtières.

Notre étude

Notre étude visait à déterminer comment les variantes côtières proviennent de populations locales soumises à la sélection naturelle en étudiant les variations phénotypiques et la survie des espèces. S. viridis populations habitant les rivages de galets et de sable du Japon. Pour identifier les traits adaptatifs caractérisant les variantes, des expériences communes dans des jardins ont été réalisées afin de déterminer la variation de morphologie, de tolérance au brouillard salin et de période de floraison parmi les populations de quatre habitats adjacents dans deux localités. Les études des populations dans ces habitats adjacents sont favorables à l’estimation des agents sélectifs au sein d’habitats spécifiques, car les différences dans certains facteurs environnementaux, tels que la température et l’humidité, peuvent être négligées dans de petites zones spatiales. Pour déterminer les agents sélectifs et leur adaptation, des expériences de transplantation sur le terrain ont été réalisées, la dynamique des populations et la phénologie de floraison ont été surveillées et des croisements artificiels ont été réalisés pour une ségrégation de deuxième génération.

S. viridis les populations comprenaient cinq variantes côtières présentant une tolérance au brouillard salin significativement plus élevée que la variante intérieure (variante I sur les photographies). La plus courante d’entre elles était une variante courte et tolérante (ST) adaptée aux falaises et aux rivages de galets soumis aux embruns salins intensifs de l’océan Pacifique. Trois autres étaient une variante haute et moyennement tolérante (TM) qui a supporté des brises douces au large de la mer intérieure de Seto, une variante haute et tolérante (TT) qui a survécu aux éclaboussures de mer causées par des tempêtes sporadiques, et une variante prostrée et tolérante (PT) spécialisée pour fissures rocheuses exposées aux forts vents marins.

Lorsque les plantes ont été transplantées et exposées aux vents marins au sommet de la falaise, seule la variante I a été mortellement endommagée en raison du manque de tolérance aux brouillards salins. Les plantes TM hautes et moyennement tolérantes ont été éliminées par les éclaboussures marines du typhon, tandis que la variante TT a survécu grâce à sa haute tolérance au brouillard salin. La variante TT possédait un désavantage en hauteur par rapport à la variante ST dans les habitats ouverts soumis à des embruns salins intensifs provenant du large. Ces variantes impliquent que les plantes maritimes ont d’abord acquis une tolérance aux brouillards salins pour survivre, après quoi les plantes compactes ont évolué dans des habitats où les vents forts ont causé des dommages dus aux brouillards salins. La floraison d’une cinquième variante (L) a été retardée, évitant ainsi le risque mortel de reproduction pendant la sécheresse du milieu de l’été. Bien que la tolérance au brouillard salin et la floraison tardive soient partiellement récessives, l’autofécondation des S. viridis peut avoir augmenté l’homozygotie des gènes récessifs pour générer de nouvelles variantes.

Implications pour la formation d’écotypes

Les diverses intensités de brouillard salin et de vent ainsi que la sécheresse estivale ont généré diverses variantes côtières de parapatrie et de sympatrie. Cela était en partie attribuable à l’autofécondation qui pourrait augmenter rapidement le nombre d’homozygotes en raison de la diminution du flux génétique entre les populations. Parmi ceux-ci, une variante compacte adaptée aux bords de mer locaux courants pourrait devenir le précurseur d’écotypes géographiquement répandus. D’autres variantes côtières resteraient sous forme de populations locales ou seraient éradiquées en raison de changements environnementaux occasionnels. L’adaptation locale dans les habitats en mosaïque aidera à déterminer les modes d’adaptation des plantes et le début de la formation des écotypes.