Systématique et évolution des Gesneriaceae

Responsable : Mathieu Perret

Description du programme

Le but de notre recherche est de documenter et comprendre la diversité au sein de la famille des Gesneriaceae, avec une attention particulière pour les lignées néotropicales (Gesnerioideae, environ 1050 espèces). Ces espèces de plantes herbacées présentent une extrême diversité morphologique et écologique incluant des adaptations à la pollinisation par les colibris, chauves-souris ou abeilles et à divers habitats : épiphyte, saxicole ou terrestre.

Des informations sur la distribution géographique, la morphologie, et l’écologie des espèces sont collectées au cours d’explorations de terrain et d’inventaires dans les collections, en particulier au Brésil et en Colombie. Ces observations aboutissent à la rédaction de catalogues, listes rouges ou traitements floristiques à l’échelle locale et nationale. Le matériel observé peut également révéler l’existence de nouvelles espèces qui nécessitent d’être publiées.

Les relations phylogénétiques entre espèces sont estimées grâce à l’analyse de séquences d’ADN obtenues par séquençage massif (NGS) ou classique (Sanger). Les résultats issus de ces analyses moléculaires nous permettent d’établir de nouvelles classifications et de comprendre l’évolution des caractères morphologiques. Nos connaissances sur la distribution géographique et l’écologie des espèces nous permettent également d’explorer l’histoire biogéographique des lignées, l’importance des facteurs géographiques et écologiques dans la spéciation, et le rôle des relations plantes-pollinisateurs dans la diversification florale. Enfin, les bases moléculaires déterminant les transitions évolutives de certains phénotypes comme la couleur florale sont également étudiés.

Objectifs scientifiques

  • Fournir des outils d’identification et de gestion de la biodiversité des Gesneriaceae à partir de données récoltées sur le terrain et dans les collections (A3, A4, B1)
  • Établir de nouvelles classifications et décrire de nouvelles espèces (A1)
  • Mieux comprendre l’origine de la diversité des Gesneriaceae et ses causes (géographiques, écologiques, moléculaires) (A2)
  • Former des botanistes et experts en taxonomie, systématique et évolution (C4)
  • Publier les résultats et données issues de nos recherches en open access (C1)

Les objectifs scientifiques s’intègrent dans le cadre de la stratégie scientifique de l’institution qui définit les trois axes de recherche majeurs (A, B, C) des CJBG. Les abréviations A1-4, B1, C1 et C4 font référence aux objectifs prioritaires de la stratégie scientifique visés par ce programme.

Liste des projets

Inventaire floristique et taxonomie des Gesneriaceae néotropicales

Ce projet vise à récolter des informations sur la distribution géographique, la morphologie, et l’écologie des espèces au cours d’explorations de terrain et d’inventaires dans les collections, en particulier au Brésil et en Colombie. Ces observations aboutissent à la rédaction de catalogues, listes rouges ou traitements floristiques à l’échelle locale et nationale. Le matériel observé peut également révéler l’existence de nouvelles espèces qui nécessitent d’être publiées.

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Phylogénomique des Gesneriaceae néotropicales

Ce projet vise à générer une phylogénie robuste et densément échantillonnée au niveau de l’espèce chez Gesnerioideae (= sous-famille néotropicale des Gesneriaceae, environ 1200 espèces). Pour atteindre cet objectif, nous utiliserons une combinaison de données génomiques, obtenues à partir du kit de capture de gènes récemment développé pour la famille (Ogutcen et al. 2021), et des données de séquençage Sanger de gènes fréquemment utilisés dans la systématique des Gesneriaceae (ex. ITS, matK, trnLF, rps16). Le cadre phylogénétique résultant sera calibré dans le temps et utilisé pour étudier la dynamique de diversification à travers les différents biomes des néotropiques.

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Identification des causes écologiques et génétiques de la diversification de la couleur florale dans une lignée de plantes tropicales

Les changements dans la synthèse des pigments floraux, tels que les pigments anthocyaniques bleus, violets ou rouges, peuvent avoir un effet dramatique sur l’évolution des lignées végétales en rendant les fleurs détectables ou invisibles pour les pollinisateurs animaux. L’évolution récurrente des couleurs de fleurs convergentes chez les angiospermes a été largement interprétée comme la réponse à la sélection médiée par les pollinisateurs. Cependant, les contraintes imposées par les voies de biosynthèse et leur architecture génétique pourraient également façonner le cours de l’évolution phénotypique. Pour explorer l’importance relative de ces facteurs, nous modéliserons l’évolution de la couleur des fleurs et intégrerons des analyses comparatives de l’évolution moléculaire, de l’expression des gènes et de la production d’anthocyanes dans une lignée de plantes néotropicales, les Gesnerioideae. L’étonnante diversité florale présente dans ce groupe de plantes et l’évolution parallèle fréquente de la pollinisation par les abeilles, les colibris et les chauves-souris fourniront le cadre nécessaire pour identifier le rôle de la sélection médiée par les pollinisateurs sur l’évolution de la couleur des fleurs et pour mieux caractériser les mécanismes biochimiques et génétiques sous-jacents aux transitions de couleur. Ce projet s’appuie sur les nouvelles ressources transcriptomiques disponibles pour le groupe, qui facilitent l’identification de tous les gènes impliqués dans la voie de biosynthèse des anthocyanes et leur séquençage par la méthode de capture ciblée.

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Évolution de la divergence de niche et de l'isolement reproductif dans deux radiations de plantes néotropicales

Ce projet vie à comprendre les processus macroévolutifs qui contribuent à l’origine et au maintien de la diversité des Gesneriaceae dans la forêt atlantique brésilienne (BAF), un point chaud majeur de la biodiversité sur Terre. L’étude portera sur deux lignées endémiques de la BAF, le clade Codonanthe-Nematanthus et les Ligeriinae, qui présentent une diversité écologique et phénotypique exceptionnelle. Pour atteindre cet objectif, nous assemblerons les séquences d’ADN disponibles et compléterons l’échantillonnage moléculaire et taxonomique dans des groupes sélectionnés pour produire des phylogénies complètes calibrées dans le temps. Sur la base de ce cadre historique, nous reconstruirons les taux de diversification de différents traits fonctionnels associés à la spécialisation de la pollinisation (pour les colibris, les abeilles et les chauves-souris), au micro-habitat (saxicoles vs épiphytes) et aux préférences climatiques. En particulier, nous testerons lesquels de ces axes de niche jouent un rôle prédominant dans le stade précoce de la diversification des espèces avant l’établissement de barrières reproductives postzygotiques intrinsèques. Nous nous attendons à ce que la comparaison de la dynamique évolutive le long de ces différents axes et clades de niche puisse aider à élucider la séquence probable d’événements de diversification qui conduisent à des groupes d’espèces phénotypiquement divers.

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