Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The recent accumulation of genomic sequence data has shown that gene evolution is not strictly tree-Like. Many evolutionary processes, like exon shuffling, gene fusion or nonhomologous recombination remodel genes by creating composite structures that are made from parts with different evolutionary histories. The development of sequence similarity networks provides an analytical framework to study the impact of these processes on molecular evolution, by structuring the resemblance relationships between sequences and by formalizing, in terms of graph theory, the detection of composite genes (intransitive triplets) and gene families (clique minimal separators). The size of current data sets, typically several million sequences, has also required the development of new tools and methods: sequence comparison parallelization, large networks visualization with Louvain communities and large cycles identification. When applied to eukaryotic and viral genome data sets, these methods have shown that composite genes are found throughout cellular organisms and mobile genetic elements. Proportionally, composite genes are more numerous in eukaryotic genomes; in absolute number, they are more numerous in viruses. In the latter, composite genes functional distribution is biased (enrichment of genes families that are essential for the perpetuation of the viral cycle), and the various parts of composite genes sometimes even originate from the genetic material of different viral classes. More generally, the extent of combinatorial processes, by unravelling other evolutionary bonds than homology bonds in the strictest sense, legitimates a pluralistic study of similarity relationships between sequences.
L’accumulation récente de données de séquences génomiques a montré que l’évolution des gènes n’est pas strictement arborescente. De nombreux processus évolutifs, comme l’exon shuffling, la fusion de gènes ou la recombinaison illégitime remodèlent les gènes, créant des structures composites, formées de parties dont les histoires évolutives sont différentes. Le développement de réseaux de similarité de séquences fournit un cadre analytique permettant d’étudier l’impact de ces processus sur l’évolution moléculaire, en structurant les relations de ressemblance entre séquences et en formalisant en termes de graphes la détection de gènes (triplets intransitifs) et de familles de gènes (cliques minimales séparatrices) composites. La taille des jeux de données actuels, de l’ordre de plusieurs millions de séquences, a également requis le développement de nouveaux outils et méthodes : parallélisation des comparaisons de séquences, visualisation de très grands réseaux par simplification en communautés de Louvain et identification de grands cycles. Appliquées à des jeux de données de génomes eucaryotes et viraux, ces méthodes ont démontré la présence de gènes composites dans tout le vivant et les éléments génétiques mobiles. En proportion, les gènes composites sont plus nombreux dans les génomes eucaryotes ; en nombre absolu, ils sont plus nombreux à être portés par des virus. Chez ces derniers, la distribution fonctionnelle des gènes composites est biaisée (enrichissement dans les familles essentielles pour la perpétuation du cycle viral), et les éléments des gènes composites trouvent même parfois leurs origines dans le matériel génétique de classes virales différentes. Plus généralement, l’étendue des processus combinatoires, en révélant des liens évolutionnaires autres que les liens d’homologie au sens fort, justifie une étude pluraliste des relations de similarité entre séquences.
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01127379

NNT : 2014PA066358
tel-01127379
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Éditeur(s) : HAL CCSD Springer Verlag
Résumé : Geomorphic landscape features have been suggested as indicators of forest diversity. However, their explanatory power has not yet been explicitly tested at a regional scale in tropical rainforest. We used forest inventories conducted according to a stratified sampling design (3,132 plots in 111 transects at 33 sites) and holistic multi-scale geomorphological mapping derived from a Shuttle Radar Topography Mission digital elevation model to describe and explain spatial patterns in floristic composition across French Guiana (80,000 km2). We measured and identified 123,906 trees with DBH C20 cm and used constrained and unconstrained ordinations to analyze variations in the abundance of 221 taxa and 51 families. Variance partitioning and variograms were used to detect spatial patterns in species composition, compare the explanatory power of spatial and environmentalfactors, and select the variables that best explain forest composition. Strong floristic patterns corresponded to a major latitudinal gradient and significant sub-regional floristic structure. Geomorphological landscapes shaped by historic climate fluctuations and major geological events successfully captured these patterns and explained the variation in abundance of 80 taxa, corresponding to 65 % of the inventoried trees. Our findings suggest that long-term forest dynamics are under substantial ‘‘geomorphographic control’’. A geomorphological perspective on landscapes that incorporates current and past environmental filters and historical biogeographical processes could thus be used more systematically in tropical regions for regional planning and forest conservation
ISSN: 0960-3115

hal-01204224
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DOI : 10.1007/s10531-014-0854-8
PRODINRA : 295767

Éditeur(s) : HAL CCSD Ecological Society of America
Résumé : Herbivores are often implicated in the generation of the extraordinarily diverse tropical flora. One hypothesis linking enemies to plant diversification posits that the evolution of novel defenses allows plants to escape their enemies and expand their ranges. When range expansion involves entering a new habitat type, this could accelerate defense evolution if habitats contain different assemblages of herbivores and/or divergent resource availabilities that affect plant defense allocation. We evaluated this hypothesis by investigating two sister habitat specialist ecotypes of Protium subserratum (Burseraceae), a common Amazonian tree that occurs in white-sand and terra firme forests. We collected insect herbivores feeding on the plants, assessed whether growth differences between habitats were genetically based using a reciprocal transplant experiment, and sampled multiple populations of both lineages for defense chemistry. Protium subserratum plants were attacked mainly by chrysomelid beetles and cicadellid hemipterans. Assemblages of insect herbivores were dissimilar between populations of ecotypes from different habitats, as well as from the same habitat 100 km distant. Populations from terra firme habitats grew significantly faster than white-sand populations; they were taller, produced more leaf area, and had more chlorophyll. White-sand populations expressed more dry mass of secondary compounds and accumulated more flavone glycosides and oxidized terpenes, whereas terra firme populations produced a coumaroylquinic acid that was absent from white-sand populations. We interpret these results as strong evidence that herbivores and resource availability select for divergent types and amounts of defense investment in white-sand and terra firme lineages of Protium subserratum, which may contribute to habitat-mediated speciation in these trees.
ISSN: 0012-9658

hal-01032403
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01032403
DOI : 10.1890/12-1920.1

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : For ecology scientists, spatial statistics are a set of tools allowing characterization of the structure of a point set, for instance a map of trees in a forest plot. This structure is defined implicitly as a departure from complete spatial randomness (CSR), the result of a Poisson point process. Inhomogeneity of the process and non-independence of points are its causes. As they cannot be disentangled by analyzing the data, so-called "spatial concentration" or "aggregation" (evenness due to repulsion also exists but is actually rare) usually concerns non-independence while intensity is assumed as known. The literature of point processes and measures of spatial structures is reviewed to clarify concepts and choices. The purpose of this thesis was to produce methodological enhancements. Its main results are: * A test for the most used statistic, Ripley's K function, against the null hypothesis of CSR. It can replace Monte-Carlo simulations used until now in the literature. * An extension of K to inhomogeneous processes, within a typology of available statistics (absolute, relative and topographic measures). When data is available as number of objects per zones (say a number of tree in each forest plot) rather than their exact position, information theory is used to define a general framework allowing to characterize spatial structure (of species) and diversity (of plots) as two aspects of a single measure of inequality. This framework is applied to Shannon's index of biodiversity to derive a self-sufficient definition of beta diversity, its calculation independently from the difference between gamma and alpha diversity, and a statistical test of significance against the null hypothesis that plots are samples of the same community. The way is paved for other applications to measures of diversity and spatial structures. As a conclusion, it appears clear that pattern characterization tools are a first step to deal with ecological questionings. Their development is still a matter of research. Yet, they are far from sufficient to address ecological processes as point processes ignore the temporal aspect of object locations.
Les statistiques spatiales sont pour les écologues un ensemble d'outils permettant de caractériser la structure d'un semis de points, par exemple une carte représentant des emplacements des arbres dans une parcelle de forêt. Cette structure est définie implicitement comme un écart à semis complètement aléatoire, résultat d'un processus de Poisson. L'hétérogénéité du processus ponctuel dont le semis de points est une réalisation et la non-indépendance des points en sont les causes indiscernables, ce qui amène généralement à supposer l'intensité du processus connu et nommer " concentration spatiale " ou " agrégation " (la régularité spatiale est possible, mais rare en pratique) la non-indépendance. Une revue de la littérature des processus ponctuels et des mesures de structures spatiales est fournie pour clarifier les concepts et les choix. L'objectif de ce travail de thèse était de produire des améliorations méthodologiques. Ses résultats principaux sont : * L'établissement d'un test pour la principale statistique utilisée, la fonction K de Ripley, permettant de s'affranchir de la méthode de Monte-Carlo utilisée dans la littérature pour rejeter l'hypothèse nulle d'un processus complètement aléatoire. * L'extension de K aux processus hétérogènes, dans le cadre d'une typologie claire des statistiques (absolues, relatives, topographiques). Lorsque la position exacte des objets n'est pas connue, mais que des effectifs par zone sont disponibles (par exemple des nombres d'arbres par parcelle), la théorie de l'information est utilisée pour définir un cadre général permettant de caractériser la structure spatiale (des espèces dans les parcelles) et la diversité (des parcelles, en termes d'espèces) comme deux aspects d'une même mesure d'inégalité. Ce cadre est appliqué à l'indice de biodiversité de Shannon pour définir clairement la mesure de diversité bêta, son calcul direct indépendamment de la différence entre diversités gamma et alpha, et fournir un test statistique de non nullité. La voie est ouverte pour l'application à d'autres mesures de diversité et de structure spatiale. En conclusion, il semble clair que ces outils de caractérisation sont un premier pas pour traiter les questions écologiques, leur développement étant toujours du domaine de la recherche. Ils sont cependant très insuffisants pour répondre à des questions liées aux processus écologiques, assez éloignés des processus ponctuels qui ignorent l'aspect temporel de l'installation des objets.
https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00540327

NNT : 2010AGPT0075
pastel-00540327
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Éditeur(s) : HAL CCSD Springer Verlag/EDP Sciences
Résumé : International audience
The elucidation of relationships between biodiversity and ecosystem processes has been limited by the definition of metrics of biodiversity and their integration into experimental design. Functional trait screening can strengthen the performance of these designs.* We suggest the use of Rao's quadratic entropy to measure both functional diversity and phylogenetic diversity of species mixtures proposed for an experimental design, and demonstrate how they can provide complementary information.* We also present an index assessing the statistical performance of these independent variables in different experimental designs. Measurement of independent variables as continuous vs. discrete variables reduces statistical performance, but improves the model by quantifying species differences masked by group assignments.* To illustrate these advances, we present an example from a tropical forest tree community in which we screened 38 species for nine functional traits. The proposed TropiDEP design is based on the relative orthogonality of two multivariate trait axes defined using principal component analysis.* We propose that independent variables describing functional diversity might be grouped to calculate independent variables describing suites of different traits with potentially different effects on particular ecosystem processes. In other systems these axes may differ from those reported here, yet the methods of analysis integrating functional and phylogenetic diversity into experimental design could be universal.
La compréhension des relations pouvant exister entre biodiversité et fonctionnement des écosystèmes a été longtemps limitée par la définition de méthodes de quantification de la diversité biologique et la mise en œuvre de dispositifs expérimentaux permettant sa mesure. L'identification de syndromes de traits fonctionnels clefs influençant des fonctions écosystémiques particulières peut renforcer la performance de ces dispositifs.* Nous suggérons l'utilisation de l'entropie quadratique de Rao pour mesurer la diversité fonctionnelle et phylogénétique dans des assemblages synthétiques d'espèces, et montrons comment ces mesures de diversité sont complémentaires.* Nous présentons également un indice permettant de tester la performance statistique de ces variables indépendantes dans différents modèles expérimentaux. L'utilisation de variables indépendantes continues plutôt que discrètes réduit la performance statistique mais améliore le modèle en quantifiant les différences fonctionnelles entre espèces; différences généralement masquées lors de leur assignation en groupes fonctionnels.* Pour illustrer ces avancées, nous présentons un exemple d'assemblages synthétiques à partir de 38 espèces d'arbres de forêt tropicale sélectionnées pour 9 traits fonctionnels (TropiDEP). Le plan d'expérience de TropiDEP est basé sur l'orthogonalité relative de deux axes multivariés de traits fonctionnels définis par analyse en composantes principales.* Nous proposons que les variables décrivant la diversité fonctionnelle soient groupées pour calculer des variables indépendantes, divisées en plusieurs axes décrivant des combinaisons de différents traits pouvant influencer des processus différents de l'écosystème (e.g. processus du N et du C). Dans d'autres systèmes, ces axes peuvent différer de ceux présentés ici, mais les méthodes d'analyse peuvent être universelles.
ISSN: 1286-4560

Droits : info:eu-repo/semantics/OpenAccess
hal-00883621
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00883621
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https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00883621/file/hal-00883621.pdf
DOI : 10.1051/forest/2009110

Éditeur(s) : HAL CCSD Springer Verlag
Résumé : The suitability of the natural 15N abundance and of total N concentration of leaves as indicators of the type of plant N nutrition in a rain forest of French Guiana were tested. Leaf samples from primary legume species, non-legumes (pioneer species) and from the non-N2-fixing species Dicorynia guianensis were analyzed. Both '15N and total leaf N varied widely (m1 r '15N (‰) r 7 and 1 r leaf N(%) r 3.2) suggesting possible distinctions between diazotrophic and non-fixing plants. The '15N also revealed two statistically distinct groups of non-N2-fixing species ('15N = 5.14 - 0.3 vs '15Nv=v1.65 - 0.17) related to the different ecological behaviors of these species in the successional processes. We conclude that the '15N signature of plant leaves combined with their total N concentration may be relevant indicators for identifying functional groups within the community of non-N2-fixing species, as well as for detecting diazotrophy. Despite the variability in the '15N of the non-N2-fixing species, N2-fixing groups can still be identified, provided that plants are simultaneously classified taxonomically, by their leaf '15N and total N concentration and by the presence or absence of nodules. The variability in the '15N of the non-fixing species is discussed.
ISSN: 0029-8549

hal-01031454
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01031454
DOI : 10.1007/s004420050846

Résumé : Les forêts côtières inondables (FCI) des régions tropicales et subtropicales remplissent des fonctions écologiques nécessaires aux écosystèmes marins côtiers situés en aval et aux populations humaines vivant à proximité Aux Antilles, les mangroves et les forêts marécageuses à Pterocarpus officinalis sont structurés par des espèces ligneuses qui ont développé des adaptations particulières à la salinité, à l’inondation et aux substrats meubles sur lesquels elles reposent. Dans des contextes climatiques à forte saisonnalité, les saisons sèches prolongées entraînent de fortes variations de la salinité et du niveau de la nappe, que le changement climatique devrait amplifier. Les modèles climatiques de la région Caraïbe prévoient des saisons sèches plus sèches liées à une baisse des précipitations de 20 à 50 %. Or, la question des capacités de résistance et d’acclimatation des espèces ligneuses des FCI à des variations saisonnières marquées de leur environnement édaphique a été peu traitée dans la littérature scientifique.L’objectif de ce travail de thèse a été double. Il s’est agi, d'une part, de caractériser la structure et la croissance de faciès de végétation représentatifs des FCI antillaises et de mettre en évidence leurs déterminants. A cet effet, des individus adultes, des espèces ligneuses dominantes des FCI, (Avicennia germinans, Laguncularia racemosa, Pterocarpus officinalis, Rhizophora mangle), dans cinq faciès de végétation sur le gradient terre-mer, ont été suivis sur l'île de Grande-Terre (Guadeloupe). D’autre part, les effets de variations salines extrêmes sur la croissance et l’écophysiologie de ces quatre espèces ont été évalués au stade plantule par une expérience en conditions contrôlées.A travers cette étude, il a été montré que les différences de salinité et de fertilité entre les stationspermettent d’expliquer la composition et la structure des peuplements de FCI. Cette étude a égalementmontré que P. officinalis peut se maintenir dans une gamme de salinité plus large que ne l'indiquait lalittérature.Dans le contexte des Antilles où les marnages sont faibles, la saisonnalité du climat entraine des variations saisonnières importantes d’un ensemble de descripteurs édaphiques tels que le niveau de la nappe, la salinité du sol, le pH et le potentiel RedOx. L’inondation et la salinité des sols sont fortement corrélées aux variations mensuelles des précipitations. Les périodes sèches sont accompagnées de salinités élevées et d’une baisse du niveau de la nappe allant jusqu’à l’exondation des sols dans toutes les stations suivies. Les stress environnementaux liés à la saisonnalité entrainent une baisse de la production primaire. L’accroissement cambial mensuel des individus est fortement corrélé avec les précipitations et l’intensité du vent. Dans les stations de mangrove, la sècheresse édaphique régule la production primaire des palétuviers. En forêt marécageuse, la part de la sècheresse atmosphérique semble plus importante pour expliquer la production de P. officinalis. Aussi, les sècheresses édaphique et atmosphérique doivent être prises en compte toutes deux pour modéliser efficacement la croissance des peuplements des FCI.Lors de la saison sèche, le stress le plus important est le stress hydrique, lié à la diminution de la teneur en eau du sol et à l’augmentation de la salinité, qui entraine des contraintes physiologiques sur les palétuviers (ajustements stomatiques, pertes de surface foliaire et de conductivité hydraulique). Le stress ionique, lié à la toxicité des ions Na+ et Cl-, permet aussi d’expliquer une partie de la contrainte sur l’assimilation en carbone. En saison sèche, l’aération des sols ne se traduit pas par une amélioration des performances de croissance chez toutes les espèces. Aussi, la croissance cambiale maximale de toutes les espèces de FCI est réalisée en saison des pluies lorsque la salinité est faible et les niveaux d’inondation élevés.
In tropical and subtropical regions, flooded coastal forests provide essentials goods and services to local communities. In the Antilles, mangrove forests and the Pterocarpus officinalis swamp forest host tree species that are adapted to salinity, flooding and loose substrates. In areas were climatic seasonality is strong, dry seasons lead to strong fluctuations of soil salinity and water table level ; that climate change is likely to make stronger again. Climate model for the Caribbean project drier dry seasons with a decease of 20 to 50 % in annual rainfall amounts. However, resistance and acclimation ability of flooded coastal forest’s species to strong environmental fluctuations still remain poorly studied.This thesis aims two objectives. On the one hand, it aims to characterize the forest structure and monthly growth of vegetation structures representative of the Antillean flooded coastal forests and to highlight their determinants. In this respect, adult trees of the four dominant species of local flooded coastal forest (Avicennia germinans, Laguncularia racemosa, Pterocarpus officinalis, Rhizophora mangle), in five stations along a sea – land gradient were monitored on the Grande-Terre island (Guadeloupe). On the other hand, the effects of salinity variation patterns and salinity levels on growth performances and physiology of seedlings from the four same species were investigated through a greenhouse experiment.This study shows that differences among average salinity and soil fertility explain the vegetation structure of flooded coastal forest. It also extents, in the literature, the range of salinity in which P. officinalis can stand at the tree stage.In the Antilles were tidal range is small, climate seasonality lead to strong edaphic seasonal variations in water table level, soil salinity, pH and RedOx potential. Flooding and soil salinity are strongly correlated to monthly rainfall amounts: dry periods lead to high salinity and to a decrease in water table level under the soil surface. Seasonal environmental stresses lead to a decrease of primary production. Cambial growth was strongly correlated to monthly precipitation and average wind speed. In mangrove stations, edaphic drought determines primary production of mangrove trees, when, in swamp forest stations, atmospheric drought determines an important part of P. officinalis’ primary production.During the dry season, water stress is the more important environmental stress, both by the decrease in soil humidity and the increase in soil salinity, and leads to physiological strains (stomatal adjustment, loss of leaf area and hydraulic conductivity) for mangrove trees. Ionic toxicity of ions Na+ and Cl- also explains a part of the strain on carbon assimilation. During the dry season, re oxygenation of soils via low water table level does not lead to an increase of physiological traits. Thus, maximum cambial growth of all species is observed during the rainy season, when salinity is low and water table level is high.Flooded coastal forest’s species do not have the same ability to recover after a dry episode. In all the studied stations, A. germinans’ cambial growth rises back as soon as the rainy season starts, when, for one station, cambial growth of L. racemosa and R. mangle stay null during the three first month of the rainy season. This low ability to recover after a dry episode is correlated to a stronger impact of the dry season on the physiological traits of these two species.The greenhouse experiment shows that salinity variation patterns are to be taken into consideration for explaining seedlings’ growth and salinity tolerance. A stronger salinity increase impacts the growth of all the studied species; a punctual drop of salinity highlights that flooded coastal forest’s species differ in ability to take advantage of a low salinity episode. These results are coherent with field observations as cambial growth was fairly explained by monthly precipitation.

http://www.theses.fr/2013AGUY0674/document