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): 948–956. 2007.

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. japonicaF. sachalinensis

F. Xbohemica

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.

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.

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

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

Résultats

Base longueur panicule apex trichome nb de cas taxon affilié

FJ FJ FJ FJ FJ 11 FJ

FS FS FS FS FS 3 FS

FXB FXB FXB FXB FXB 7 FXB

60 FXBindividus ayant au moins un des critères de F.Xbohemica

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.

IA-1

5 FXB + 10 FJ

IA-2

21 FXB +1 FJ

IB-1 FXB

IB-2

FXB mâle

II : 3 FS + 1 FXB

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

IA-1

5 FXB + 10 FJ

IA-2

21 FXB +1 FJ

IB-1 FXB

IB-2

FXB mâle

II : 3 FS + 1 FXB

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)

1er marqueur chloroplastique

2ème marqueur chloroplastique

Marqueur nucléaire

IA-1

5 FXB + 10 FJ

IA-2

21 FXB +1 FJ

IB-1 FXB

IB-2

FXB mâle

II : 3 FS + 1 FXB

Les 4 individus du groupe II

IA-1

5 FXB + 10 FJ

IA-2

21 FXB +1 FJ

IB-1 FXB

IB-2

FXB mâle

II : 3 FS + 1 FXB

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)

1er marqueur chloroplastique

2ème marqueur chloroplastique

Marqueur nucléaire

IA-1

5 FXB + 10 FJ

IA-2

21 FXB +1 FJ

IB-1 FXB

IB-2

FXB mâle

II : 3 FS + 1 FXB

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)

1er marqueur chloroplastique

2ème marqueur chloroplastique

Marqueur nucléaire

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.

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.

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.

Références • www.projects.ex.ac.uk/knotweed/• http://dnr.metrokc.gov/wlr/LANDS/weeds/bohemianknotweed.htm• www.efloras.org• Site de J.P. Bailey : www.le.ac.uk/biology/staff/jpb/res.htm• Grimsby J.L., Tsirelson D., Gammon M., Kesseli R., 2007.

Genetic diversity and clonal vs. Sexual reproduction in Fallopia spp.(Polygonaceae). American Journal of Botany. 94 : 957-964.

• Forman J., Kesseli R.V., 2003. Sexual reproduction in the invasive species Fallopia japonica (Polygonaceae). American Journal of Botany. 90 : 586-592.

• Bailey J.P. Bimovà K., Mandàk B. 2007. The potential role of polyploidy and hybridisation in the further evolution of the highly invasive Fallopia taxa in Europe. Ecol. Res. 22: 920–928

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