Diversité des allozymes au sein et entre les populations
Un degré élevé de variation génétique a été trouvé dans les populations de P. canariensis (A=1,59, P=41,8), similaire aux valeurs attendues pour les monocotylédones (A=1,66, P=40,3) et pour les espèces à reproduction sexuée (A=1,53, P=34,9), mais supérieur à celui des espèces endémiques (A=1,39, P=26,3) (Hamrick et Godt, 1990). Les niveaux moyens d’hétérozygotie attendue, la mesure la plus intégrative, chez P. canariensis (He=0,158), étaient plus élevés que ceux trouvés chez la plupart des autres espèces des Arecaceae. Ainsi, bien que Eguiarte et al. (1992) aient trouvé une valeur similaire à celle de P. canariensis chez le palmier de la forêt tropicale Astrocaryum mexicanum (He=0.153), des valeurs inférieures ont été décrites chez Carpentaria acuminata, (He=0.143), Ptychosperma bleeseri (He=0,006) et Pinanga tenella (He=0,133) (Shapcott, 1998a, 1998b, 1999) et chez Washingtonia filifera (He=0,008) (McClenaghand et Beauchamp, 1986). Ce résultat est en accord avec d’autres études qui montrent des niveaux de diversité génétique plus élevés dans les plantes endémiques canariennes que dans celles distribuées dans d’autres îles océaniques (Francisco-Ortega et al, 2000 ; Batista et al, 2001 ; Batista et Sosa, 2002 ; Bouza et al, 2002). Dans l’ensemble, les trois groupes de populations ont présenté des valeurs de variabilité génétique plus élevées que les espèces ayant des traits d’histoire de vie similaires (monocotylédones, endémiques et espèces à reproduction sexuelle). Cependant, les niveaux de variation génétique détectés dans les populations de P. dactylifera analysées étaient inférieurs à ceux décrits par d’autres auteurs (par exemple, Bennaceur et al, 1991) dans les cultivars de palmiers dattiers.
Des travailleurs antérieurs ont prédit que les taxons hybrides seraient plus variables génétiquement et auraient un plus grand potentiel évolutif que leurs espèces parentales car ils combineraient les allèles des deux parents (Rieseberg, 1997). Dans notre cas, les populations mixtes présentaient des niveaux de diversité génétique plus élevés que ceux de P. canariensis et légèrement plus élevés que ceux de P. dactylifera (tableau 1). Indépendamment du nombre d’individus de chaque espèce de Phoenix, d’autres facteurs peuvent influencer les niveaux de diversité dans les populations mixtes. Ceux-ci pourraient inclure le degré de différenciation génétique entre les deux espèces, le système de reproduction, l’hybridation possible entre P. canariensis et P. dactylifera, et les contingences historiques.
La plupart de la variation génétique chez P. canariensis est maintenue au sein des populations (%Hs=75,12), comme prévu pour les espèces à prédominance d’outcrossing (Hamrick et Godt, 1990). Un pourcentage similaire de variation génétique est maintenu au sein des populations chez P. dactylifera (%Hs=79,48). La raison probable de la grande diversité génétique intrapopulationnelle présentée par les populations mixtes (%Hs = 85,59) est la composition génétique hétérogène qui coexiste dans ces populations perturbées.
Structure génétique des populations
Dans l’ensemble, aucune des populations de P. canariensis analysées ne s’est avérée conforme aux proportions de Hardy-Weinberg. A l’exception d’Acusa et de La Sorrueda, toutes les populations de palmiers dattiers canariens ont montré un excès d’hétérozygotie (tableau 1). Un excès d’hétérozygotie peut être le résultat possible d’événements stochastiques aléatoires ou la conséquence d’une sélection équilibrante favorisant une hétérozygotie élevée (Linhart et al, 1981 ; Waser, 1987 ; Eguiarte et al, 1992). Bien que nous ne disposions pas de données concluantes pour écarter l’une ou l’autre possibilité, il est hautement improbable que la plupart des populations de P. canariensis présentent un excès d’hétérozygotes par la seule dérive.
Les populations d’Acusa et de La Sorrueda présentaient un déficit d’hétérozygotie. Celui-ci n’était pas significatif à Acusa, où les écarts par rapport à l’équilibre de Hardy-Weinberg pourraient être dus principalement à des facteurs stochastiques associés à sa petite taille (N=25). A La Sorrueda, la répartition des spécimens en plusieurs touffes considérablement séparées dans l’espace (100-300 m) plaide pour l’incidence de l’effet Wahlund comme explication plus probable du déficit d’hétérozygotie observé, selon lequel l’hétérozygotie diminue si les touffes échantillonnées ont suffisamment divergé (Elseth et Baumgardner, 1981).
Contrairement à la tendance générale pour P. canariensis, toutes les populations mixtes ont montré un déficit d’hétérozygotie, sauf Barranco Angostura, qui a présenté un léger excès d’hétérozygotie. Les petits déficits d’hétérozygotie chez les espèces qui se reproduisent sont souvent une conséquence de la consanguinité biparentale, surtout dans les petites populations ou dans celles qui présentent une structure génétique spatiale (Sampson et al, 1988).
En raison de la condition cultivée des populations de P. dactylifera, il n’est pas surprenant qu’elles ne se conforment pas aux proportions de l’équilibre de Hardy-Weinberg.
Relations génétiques au sein d’une même espèce
Le haut niveau de similarité allozyme trouvé parmi les populations de P. canariensis et P. dactylifera correspond aux valeurs attendues pour des espèces étroitement liées (Gottlieb, 1981). Compte tenu de la distribution étendue de P. dactylifera dans la région méditerranéenne, il est possible que P. canariensis soit récemment dérivé d’un ancêtre commun étroitement lié à P. dactylifera. L’hypothèse d’une divergence récente de P. dactylifera est renforcée par le fait que P. canariensis a moins de variation allozyme que P. dactylifera, sa composition allélique est un sous-ensemble de celle trouvée chez P. dactylifera, sans allèles uniques, et il y a une identité génétique élevée entre les deux taxons ; tous ces traits sont caractéristiques des espèces récemment dérivées (Purdy et Bayer, 1996). Conformément aux valeurs de la variation des isozymes chez P. canariensis, une spéciation récente à partir d’un progéniteur répandu a été suggérée comme l’une des causes de la forte variation génétique des espèces végétales endémiques (Loveless et Hamrick, 1988 ; Pleasants et Wendel, 1989). Ainsi, les données d’isozymes soutiennent l’argument morphologique de Morici (1998) d’une relation phylogénétique étroite de P. canariensis avec P. dactylifera. Cependant, les niveaux élevés de variation génétique détectés dans les populations de P. canariensis indiquent que plus d’un événement de colonisation pourrait avoir eu lieu, comme le suggèrent Francisco-Ortega et al (2000) pour différents endémiques canariens.
En accord étroit avec les preuves précédentes basées sur la morphologie (Barrow, 1998), P. theophrasti est plus proche de P. dactylifera que de P. canariensis dans la représentation multivariée (Figure 2).
Malheureusement, nous n’avons pas pu obtenir de marqueurs moléculaires isozymes spécifiques et non ambigus pour différencier les individus de P. canariensis et P. dactylifera. Seuls quatre allèles exclusifs ont été détectés chez P. dactylifera (Mdh1-c, Mdh1-e, Pgm2-c et Pgm2-e). Cependant, étant donné qu’aucun de ces allèles n’était spécifique d’un taxon ou même monomorphe, nos attentes de disposer d’un marqueur de circonscription taxonomique à ce niveau d’analyse moléculaire ne sont pas satisfaites. L’absence d’un marqueur d’isozyme soutient en outre une spéciation récente de P. canariensis à partir d’un ancêtre similaire à P. dactylifera. Sur les 43 allèles, 39 étaient communs aux deux espèces de Phoenix analysées, ce qui fournit la preuve de leur histoire évolutive commune. Dans une étude récente, le partage de 14 des 25 allèles totaux détectés dans cinq taxons canariens de Cistus (Batista et al, 2001) a été utilisé pour soutenir la relation phylogénétique étroite entre eux. De même, une étroite parenté entre deux espèces de Brighamia d’Hawaï a été déduite de leur partage de seulement six allèles sur 22 (Gemmill et al, 1998).
La fréquence des allèles partagés exclusivement par P. dactylifera et les populations mixtes peut nous aider à estimer le degré d’introduction d’individus de palmiers dattiers dans ces dernières (Gallagher et al, 1997). Dans tous les cas, ces allèles partagés sont faiblement représentés dans les populations mixtes (avec des fréquences de 0,000 à 0,319), suggérant ainsi qu’un nombre relativement faible de spécimens P. dactylifera a été introduit. Cet argument est cohérent avec les valeurs FST, qui impliquent une relation génétique beaucoup plus étroite entre P. canariensis et les populations mixtes qu’entre l’une ou l’autre de celles-ci et P. dactylifera (Figure 3).
Compte tenu du fait que nous n’avons pas détecté chez P. canariensis et P. dactylifera des allèles monomorphes différents qui étaient présents en hétérozygotie chez des individus présentant des traits morphologiques intermédiaires, cette enquête allozyme ne peut pas justifier l’existence d’individus hybrides putatifs dans la nature. Bien que les marqueurs moléculaires représentent un outil puissant pour identifier les taxons hybrides, même cette approche peut générer des résultats ambigus (Rieseberg, 1997). Un taxon peut partager des marqueurs moléculaires avec des taxons apparentés en raison de la rétention conjointe d’allèles après la spéciation à partir d’un ancêtre polymorphe (symplesiomorphie). Ce phénomène a également été appelé triage des lignées lorsqu’il est abordé dans le contexte des données sur les lignées génétiques (Avise, 1994 ; Rieseberg, 1997). En outre, la probabilité de trouver des marqueurs moléculaires exclusifs diminue à mesure que le temps écoulé depuis la divergence se réduit. Par conséquent, il est généralement plus facile de rejeter l’hypothèse d’une origine hybride que de la confirmer avec des ensembles de données moléculaires.
L’ACP (figure 2) a séparé clairement P. dactylifera et P. canariensis, et a montré une relation plus étroite entre cette dernière espèce et les populations mixtes. En général, le pourcentage d’individus P. canariensiś dans les populations mixtes dépasse celui de P. dactyliferás, ce qui contribue probablement davantage à la relation génétique plus étroite entre P. canariensis et les populations mixtes.
Puisque les hybrides sont une mosaïque de caractères parentaux et intermédiaires (Rieseberg et Ellstrand, 1993), il est possible que certains des individus que nous avons caractérisés comme morphologiquement intermédiaires soient en fait différents écotypes de P. canariensis. De même, les individus morphologiquement intermédiaires peuvent être des descendants d’hybrides correspondant aux générations F2 ou ultérieures qui ont perdu les allèles de P. dactylifera par rétrocroisement avec des P. canariensis purs. Comme la plupart des flux génétiques se produisent entre l’hybride et un seul parent (P. canariensis), les générations en ségrégation seront principalement des rétrocroisements de génération avancée et auront des associations multilocales typiques du parent le plus compatible (P. canariensis), comme cela a été suggéré précédemment (Rieseberg et al, 1989 ; Arnold et al, 1991 ; Nason et al, 1992 ; Rieseberg et Ellstrand, 1993). En outre, la sélection contre les recombinants devrait être intense dans les zones hybrides ; par conséquent, les individus survivants seraient ceux qui ont conservé les traits écologiques d’un parent, comme les rétrocroisements (Anderson, 1998). Comme nos données ne permettent pas de savoir si l’hybridation entre P. canariensis et P. dactylifera se produit, nous ne pouvons écarter aucune des deux explications.
Les populations de P. dactylifera n’ont pas été décrites à La Gomera (Izquierdo et al, 2001) et, par conséquent, une origine hybride des VP et HY hautement différenciés semble improbable. Par conséquent, jusqu’à ce que des études supplémentaires de ces populations soient réalisées, il semble plus sûr de considérer leur forte différenciation génétique principalement comme le résultat de la dérive génétique en combinaison avec une longue histoire d’isolement.
Le degré plus élevé de différenciation génétique détecté dans l’aire de répartition canarienne de P. dactylifera (FST=0.252) reflète probablement de faibles niveaux de flux génétique en combinaison avec différentes origines géographiques des palmiers dattiers introduits.
Incidences sur la conservation
Un des objectifs de ce travail était d’utiliser les informations concernant le degré et la distribution de la variabilité génétique de P. canariensis pour la mise en œuvre de stratégies de conservation. Heureusement, les niveaux élevés de diversité génétique présents chez P. canariensis sont encourageants pour les efforts de conservation car ils devraient contribuer à tamponner les effets de la sélection et de la consanguinité potentielle dans les populations (Travis et al, 1996). Comme la plus grande partie de la haute variabilité génétique de P. canariensis est maintenue au sein des populations, éviter la fragmentation pour prévenir la perte de variabilité génétique par l’arrêt des échanges génétiques entre les populations doit être un engagement crucial pour les stratégies de conservation « in situ ». Comme il n’est pas possible de concevoir une réserve qui inclut toutes les populations de P. canariensis dans une île d’occurrence donnée, l’établissement de plusieurs petites réserves écologiques pour cette espèce devrait être plus efficace pour tamponner la consanguinité et la dérive génétique (Hawkes et al, 1997), surtout si ces réserves sont gérées de manière coordonnée pour faciliter le flux génétique. Idéalement, ces réserves devraient inclure les populations les plus polymorphes de P. canariensis, car cette stratégie améliorera le potentiel de survie aux changements environnementaux (Lande et Schemske, 1985 ; Charlesworth et Charlesworth, 1987). Selon ce critère, les populations de Rambla de Castro (RC ; Ho=0,249, He=0,244) et de La Sorrueda (LS ; Ho=0,187, He=0,216) seraient les cibles de gestion les mieux adaptées à Tenerife et à Gran Canaria, respectivement.
Les stratégies de conservation génétique basées sur la collecte de graines et de germoplasme et leur préservation dans des banques de gènes sont nécessaires pour la conservation ex situ de toute plante menacée. La population de RC est le meilleur candidat pour l’échantillonnage à cette fin, car elle présente les valeurs les plus élevées des indicateurs de base de la variation des allozymes.
A ce stade, la transplantation entre deux populations différentes doit être fortement déconseillée pour deux raisons importantes. Premièrement, nous ne pouvons ni attribuer sans ambiguïté les individus morphologiquement intermédiaires à P. canariensis ou P. dactylifera, ni différencier les individus juvéniles des deux espèces. Et deuxièmement, le mélange de populations génétiquement distinctes de P. canariensis peut présenter un risque de dépression de surproduction, par lequel une réduction de la fitness survient en raison d’une perte d’adaptations locales ou de la rupture de complexes génétiques coadaptés (Storfer, 1999).
Bien que la dépression de reproduction se manifeste généralement par la diminution de la valeur des traits liés à la condition physique tels que la production de fruits, la survie ou la germination des graines, elle se traduit souvent par une perte d’hétérozygotie dans les populations reproduites (Fenster et Galloway, 2000). En contradiction avec cette prédiction, les populations mixtes (où le croisement a pu se poursuivre pendant plusieurs générations) présentent des valeurs moyennes d’hétérozygotie beaucoup plus élevées (He=0.254, Ho=0.239) que P. canariensis (He=0.158, Ho=0.179). Par conséquent, nos données isozymes ne fournissent pas de preuve que la transplantation historique de spécimens de P. dactylifera dans les populations de P. canariensis a compromis la survie de la population. Cependant, nous devons garder à l’esprit que les effets de la dépression de reproduction peuvent prendre beaucoup de temps à se manifester et peuvent même être précédés de plusieurs générations d’hétérosis. De façon remarquable, Fenster et Galloway (2000) détectent une perte significative d’hétérozygotie et une diminution de cinq traits liés à l’aptitude chez Chamaecrista fasciculata (Fabaceae) après seulement trois générations de croisements outbred, où la première génération a largement dépassé les deux lignées parentales. Ainsi, disposer de données démographiques adéquates pour les populations mixtes de Phoenix serait crucial pour détecter la dépression consanguine.
Il a été récemment démontré que l’hybridation avait des conséquences à la fois bénéfiques et néfastes pour la conservation de la diversité végétale, conduisant à une diversité accrue dans certains cas et à une possible extinction de populations ou d’espèces par envahissement génétique dans d’autres. Cela se produit lorsqu’une espèce localement rare perd son intégrité génétique et est assimilée à une espèce localement commune à la suite d’événements répétés d’hybridation et d’introgression (Rieseberg, 1991 ; Ellstrand, 1992 ; Ellstrand et al, 1999).
L’un des objectifs de la conservation de P. canariensis devrait être la recherche d’un marqueur moléculaire capable de discriminer sans ambiguïté les individus P. canariensis et P. dactylifera de leurs hybrides putatifs. Puisque nous n’avons pas été en mesure de trouver ces marqueurs moléculaires par électrophorèse d’isozymes, et en gardant à l’esprit que le taux de mutation des marqueurs d’isozymes est généralement plus faible que celui des marqueurs d’ADN (Li, 1997 ; Yan et al, 1999), les marqueurs d’ADN seront les meilleurs candidats pour différencier les individus appartenant aux deux espèces.