Understanding contrasting strategies developed by organisms can at first sight be puzzling, but they are ften 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.
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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.