Tree-ring width measurement and crossdating

Tree-ring width measurement and crossdating

Recolonisation postglaciaire du tremble

En Amérique du Nord, la dernière glaciation a forcé un grand nombre d’espèces à se retirer dans des zones refuges et représente sans conteste l’évènement climatique le plus récent dont les répercussions sur les espèces boréales ont été les plus sévères (Hewitt 1996). A l’intérieur de ces refuges, les populations se sont trouvées réduites et isolées, et se sont lentement différenciées au fil du temps. Lors de la débâcle glaciaire, les espèces ont commencé à recoloniser les territoires libérés par expansion de zones marginales conduisant à une réduction de la diversité génétique le long de cet axe d’expansion (Hewitt 2004). Par ailleurs, lorsque des lignées originaires de refuges différents se rencontrent, on observe généralement une augmentation de la diversité génétique dans les zones de contact dites d’admixture (Petit et al. 2003).
Selon Dyke et al. (2003), le dernier maximum glaciaire se situe il y a environ 21 000 ans. Ainsi la dernière expansion des espèces végétales et animales se serait produite à partir de refuges datant de cette période. L’évolution de la couverture forestière depuis la dernière glaciation permet de localiser des refuges glaciaires potentiels pour plusieurs espèces résineuses et feuillues (Williams 2003). Dans le cas du peuplier faux-tremble, la recolonisation postglaciaire sur le continent nord-américain s’est potentiellement effectuée à partir de six refuges (identifiés par Callahan et al. 2012
d’après les travaux de Beatty & Provan, 2010 et Shafer et al. 2010) deux situés au sud-est (grands lacs et Appalaches), deux au sud-ouest (montagnes Rocheuses et le Ice-Free corridor), un à l’est (Terre Neuve et Labrabor) et un dernier, en Alaska (Béringie ). Plusieurs espèces de mammifères (Loehr et al. 2006), de plantes herbacées (Abbot et al. 2000; Beatty & Provan 2010) et d’arbres (Brubaker et al. 2005; Anderson et al. 2006; de Lafontaine et al. 2010; Anderson et al. 2011) sont
présumées avoir trouvé refuge en Béringie durant la dernière période glaciaire.
En ce qui concerne le genre Populus, des études polliniques ou de macrorestes attestent de sa présence en Alaska rapidement après le dernier maximum glaciaire suggérant que cette zone ait bien été un refuge (Hu et al. 1996; Brubaker et al. 2005; Peros et al. 2008). Dans le cas de Populus balsamifera, une étude génétique récente n’a pas permis de confirmer que l’Alaska ait été un refuge glaciaire mais a cependant permis de confirmer l’existence de deux groupes distincts au nord-ouest de l’Amérique du Nord, soit: i) un premier au nord recouvrant l’Alaska et le Yukon, ii)
un second sur la partie centrale de 1′ aire de répartition de 1′ espèce (Keller et al. 201 0).
Keller et al. (20 1 0) ont donc conclus que le groupe central aurait pour origine un refuge principal situé au sud de l’aire de répartition actuelle pendant le Pléistocène et qu’une expansion rapide vers les zones marginales au nord s’est ensuite produite lors de la débâcle glaciaire. Enfin, Callahan et al. (2013) ont montré que les populations de peupliers faux-tremble situées dans le sud-ouest de son aire de répartition (des États-Unis au Mexique) appartiennent à un groupe différent du reste des populations situées plus au nord en raison d’un isolement prolongé pendant le dernier maximum glaciaire. Les autres refuges potentiels situés à l’ouest, n’ont pas pu être identifiés
formellement dû à un échantillonnage qui ne couvrait pas toute la région (Callahan et al. 2013).
Le Ice-free Corridor, quant à lui, se situerait entre le glacier des Laurentides et le glacier de la Cordillère, cette région pourrait avoir été un refuge cryptique ou plus probablement une zone d’ admixture pour le tremble du fait qu’une forte diversité génétique ait été observée par Callahan et al. (2013). Dans cette zone les deux glaciers n’ont pas avancé durant la même période, laissant temporairement une zone libre de glace. De plus, de nombreuses zones de l’Est du piémont des montagnes rocheuses seraient restées sans glace durant le dernier maximum glaciaire (Mandryk
et al. 2001; Arnold 2002; Jackson & Wilson 2004; Loehr et al. 2006) et le tremble aurait pu persister dans ces zones.

Climat, perturbations, diversité génétique et structure clonale

La régénération et l’organisation de la structure clonale et génétique des peuplements de peuplier faux-tremble pourraient donc varier en fonction du type et de la fréquence des perturbations (Stevens et al. 1999; MacKenzie 2010). L’utilisation de marqueurs moléculaires révèle toutefois que la structure clonale peut être complexe et des tiges de génotypes différents sont souvent mélangées dans les peuplements (Wyman et al. 2003; Mock et al. 2008). Ces outils ont amené une perspective nouvelle pour l’étude de la structure génétique et clonale du peuplier faux-tremble. Une étude de marqueurs microsatellites montre que la présence de trois allèles pour un même locus est
fréquente suggérant des cas de triploïdie ou d’aneuploïdie (Mock et al. 2008; Mock et al. 2012). Mock et al. (2012) ont montré un effet significatif des conditions climatiques sur le taux de triploïdie avec une tendance des plus grands clones à être triploïdes. De forts niveaux de variation et des excès d’hétérozygotie sont rencontrés dans des conditions semi-arides (ouest de l’aire de répartition) alors qu’une plus faible variation et une d’hétérozygotie plus faible sont généralement observés en conditions relativement humides dans les forêts situées dans l’Est de l’aire de répartition (Cheliak & Dancik 1982; Hyun et al. 1987; Lund et al. 1992; Mitton & Grant 1996). Jelinski & Cheliak (1992) ont montré que dans des zones écologiquement différentes, toutes les populations étudiées, par une analyse isoenzymatique, conservent un haut niveau de diversité intra-populations. En ce qui concerne la diversité génotypique, elle a tendance à diminuer avec une augmentation de la multiplication végétative chez les plantes clonales. Cependant, une forte
diversité génotypique, comparable à celle d’une population d’origine entièrement sexuée, peut être maintenue par des événements occasionnels de reproduction sexuée qui créent de nouveaux génotypes (Balloux et al. 2003; Bengtsson 2003). Enfin, des taux élevés de multiplication végétative vont influencer positivement les niveaux d’hétérozygotie étant donné que deux fois plus d’allèles par locus peuvent être maintenus dans les populations purement clonales par rapport à celles purement d’origine sexuée (Balloux et al. 2003).
Turner et al. (2003) ont suggéré que les perturbations peuvent jouer un rôle clé dans la structure, la génétique et évolution des populations chez les espèces forestières.
L’effet du temps depuis le dernier feu (TDF) sur la diversité clonale (génotypique) du tremble a été documenté au Québec (Namroud et al. 2006). La diversité clonale augmente progressivement durant les 150 premières années après feu à l’échelle du peuplement pour se stabiliser par la suite en forêt boréale mixte (Namroud et al. 2006). Namroud et al. (2006) ont suggéré que la mortalité des ramets intra-genets, plutôt que la mortalité des genets, contribuant à l’augmentation de la diversité clonale avec le TDF dans la forêt boréale mixte de l’Est du Canada.

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Table des matières

DÉDICACE
A V ANT-PROPOS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RÉSUMÉ
CHAPITRE 1 INTRODUCTION GÉNÉRALE
1.1 Recolonisation postglaciaire du tremble
1.2 Climat, perturbations, diversité génétique et structure clonale
1.3 Diversité génétique et croissance radiale
1.4 Objectifs généraux
1.5 Zone d’étude
CHAPITRE 2 FINE SCALE ASSESSMENT OF GENETIC DIVERSITY AND GENETIC STRUCTURE OF TREMBLING ASPEN IN NORTHWESTERN NORTH AMERICA
2.1 Abstract
2.2 Résumé
2.3 Background
2.4 Materials and methods
2.4.1 Study area and sampling
2.4.2 DNA extraction, amplification and sequencing
2.4. 3 Data manipulation
2.4.4 Variation of genetic diversity
2.4. 5 Population genetic bottleneck
2.5 Results
2.5.1 Variation ofgenetic diversity
2.5.2 Patterns of genetic structure
2.5.3 Population genetic bottlenecks
2.6 Discussion
2.6.1 Genetic diversity and structure
2.6.2 Population genetic bottlenecks
2.7 Conclusion
2.8 Acknowledgements
2.9 Literature cited
2.10 Appendices
CHAPITRE 3 GENETIC DIVERSITY AND CLONAL STRUCTURE OF NATURAL
POPULATIONS OF TREMBLING ASPEN IN CANADA: A TRANSCONTINENTAL STUDY
3.1 Abstract
3.2 Résumé
3.3 Introduction
3.4 Materials and methods
3.4.1 Study sites and sampling
3.4.2 Climatic data
3.4.3 Fire and fragmentation data
3.4.4 Spatial clonai structure and genetic diversity
3.4.5 Effects of climate and disturbances on the genetic diversity and clonai structure
3. 5 Results
3.5.1 Differences between regions in terms of climatic conditions,
fire regimes and landscape fragmentation
3. 5. 2 Clonai structure
3.5.3 Genetic diversity
3. 5.4 Effect of climate, fire regime and landscape fragmentation on
aspen genetic diversity and donal structure
3.6 Discussion
3.6.1 Genetic diversity
3.6.2 Clonai structure
3.6.3 Effect of climate, fire regimes and landscape fragmentation
on as pen genetic diversity and donal structure
3.7 Conclusion
3.8 Acknowledgements
3.9 References
3.10 Appendices
CHAPITRE 4 THE EFFECTS OF GENETIC DIVERSITY, CLIMATE AND DEFOLIATION EVENTS ON TREMBLING ASPEN GROWTH PERFORMANCE ACROSS CANADA
4.1 Abstract
4.2 Résumé
4.3 Introduction
4.4 Materials and Methods
4.4.1 Study are a and sampling
4.4.2 Tree-ring width measurement and crossdating
4.4. 3 Environmental data
4.4.4 Clonai structure and genetic diversity
4.4. 5 Statistical analysis
4.5 Results
4. 5.1 Descriptive tree ring analysis
4.5.2 Descriptive genetic statistics
4.5.3 Modelling growth responses to genetics and environmental data
4.6 Discussion
4.6.1 Descriptive genetic statistics
4.6.2 Modelling growth responses to genetics and environrnental data
4.6.3 Conclusions and perspectives
4.7 Acknowledgements
4.8 References
4.9 Appendices
CHAPITRE 5 CONCLUSION GÉNÉRALE
5.1 Discussion générale
5.2 Perspectives
BIBLIOGRAPHIE