The loss of selfincompatibility and the evolution of mixed mating in the perennial herb Linaria cavanillesii

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State: Public
Version: After imprimatur
Serval ID
serval:BIB_71371C11DAC1
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
The loss of selfincompatibility and the evolution of mixed mating in the perennial herb Linaria cavanillesii
Author(s)
Voillemot Marie
Director(s)
Pannell John R.
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Address
Université de Lausanne
Département Ecologie et Evolution
Unil Sorge
CH-1015 Lausanne
Publication state
Accepted
Issued date
08/03/2017
Language
english
Number of pages
235
Abstract
Understanding contrasting strategies developed by organisms can at first sight be puzzling, but they are
often a good example of how diversity arises: one strategy may be advantageous in certain circumstances,
but not in others. One of such example is between hermaphrodite individuals that reproduce via
outcrossing, and those that, in certain conditions, shift to self-fertilization, e.g., after the breakdown of a
genetic self-incompatibility mechanism. Transitions from self-incompatibility (SI) to self-compatibility (SC)
are common in flowering plants, and the focus of this PhD thesis is to understand what forces can help to
constrain or promote these shifts. Importantly, after the loss of an SI mechanism, plants can evolve
towards complete selfing (all their ovules are fertilized by their own pollen), maintain outcrossing by other
means (their ovules are fertilized by other mates’ pollen), or they may show mixed mating (seeds results
from both selfing and outcrossing events). Mixed mating is more common in SC plants than previously
thought, but how mixed mating can be maintained remains a puzzle. In this thesis, I attempt to answer
questions about the causes and consequences of SC vs. SI in plants, as well as variation in mating systems
that ensue. In particular, I attempt to understand what forces may help to explain transitions from SI to
SC, and the dynamics of consequences of this shift once the transition has occurred. For instance, how fast
can morphological or genetic changes occur after a recent transition to SC? Do newly evolved SC
populations show patterns of reduced genetic diversity, increased population differentiation or reduced
flower morphology, as expected by theory? What forces might maintain mixed mating in populations that
have shifted to SC? And, finally, how fast can SC spread in other populations once it has been fixed in part
of a species’ range? To address these questions, I use the perennial Spanish herb Linaria cavanillesii as a
model, a species that presents discrete variation in compatibility phenotypes among populations. In
particular, L. cavanillesii possesses strict outcrossing SI populations, outcrossing populations with ‘leaky’ SI,
and a recently derived SC population showing mixed mating; it thus offers ideal material with which to
test questions about the evolutionary consequences of a recent shift to SC. During the thesis, I found some
patterns that are consistent with theory and empirical observations from other species (e.g., a reduced
genetic diversity in the SC population and strong inbreeding depression in the SI populations). However,
some other observations were more puzzling, such as the absence of a selfing syndrome, and inbreeding
depression in the recently derived mixed mating SC population where plants are nevertheless able to self
in the absence of pollinators. My experiments also indicate that SC confers increased fitness and can
spread remarkably rapidly while in competition with SI, raising the question as to why we may still observe
the maintenance of both SC and SI in L. cavanillesii. I discuss the results of my research in terms of the
interesting questions it raises about the reproductive biology of L. cavanillesii in particular, and the light it
throws on our understanding of plant mating-system evolution more generally. = De par le fait qu'elles ne peuvent bouger, les plantes ont développé de nombreuses adaptations évolutives. Ceci a donné lieu à une diversité écologique fascinante, qui peut s'observer par les nombreuses formes ou couleurs; mais aussi par des stratégies de reproduction diverses. Certaines plantes hermaphrodites par exemple, évitent la consanguinité en possédant un mécanisme génétique qui bloque l'auto-fécondation : on les appelle auto-incompatibles. En conséquence, elles ont développé des partenariats avec divers pollinisateurs, qui jouent sans le savoir le rôle de Cupidon. Mais d'autres plantes ont cassé ce mécanisme génétique, et se retrouvent alors capables d'auto-fécondation. De façon surprenante, on trouve parfois ces deux systèmes au seing de la même espèce. Pourquoi ces deux systèmes contrastés existent-ils? Quelles en sont les causes et les conséquences pour les plantes et la biodiversité? Ces questions sont à la base de ma thèse, et pour tenter d’y répondre, j’ai utilisé la plante espagnole Linaria cavanillesii. Cette plante est intéressante, car suivant les endroits où elle pousse, elle présente des systèmes de reproduction différents : parfois les plantes sont auto-fécondantes, parfois auto-incompatibles et d’autres fois un mélange des deux. Je me suis donc servie de cette variation naturelle au sein de la même espèce pour tenter de comprendre pourquoi différents modes de reproduction existent et sont maintenus. Pour cela, j’ai notamment joué un peu l’intermédiaire Cupidon au ras des pâquerettes, en fertilisant moi-même les plantes avec différents types de pollen. J’ai donc caractérisé les modes de reproduction de cette nouvelle espèce d’étude, ce qui m’a permis ensuite de l’utiliser pour répondre à des questions spécifiques. En particulier, j’ai observé des résultats en adéquation avec la théorie (comme une réduction de la diversité génétique dans la population auto-fécondante, ou une forte consanguinité dans les populations auto-incompatibles), mais aussi d’autres plus surprenants (comme une absence de changement de la morphologie des fleurs chez les plantes auto-fécondantes qui n’ont pourtant plus besoin de pollinisateurs pour se reproduire). Mes expériences ont aussi révélé que la capacité d’auto-fécondation confère un avantage évolutif et peut se répandre très rapidement quand les plantes sont en compétition, soulevant la question du polymorphisme que l’on observe encore dans les populations naturelles.
Keywords
plantes, reproduction, systèmes sexuels, auto-compatibilité, auto-incompatibilité, pollinisateurs
Create date
26/04/2017 17:18
Last modification date
20/08/2019 14:29
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