Phylogeny, biogeography, and breeding system evolution in Moraceae

par Qian Zhang

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Hervé Sauquet.

Soutenue le 16-07-2019

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Écologie, systématique et évolution (Orsay, Essonne ; 2002-....) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Tatiana Giraud.

Le jury était composé de Hervé Sauquet, Tatiana Giraud, Mathilde Dufaÿ, Jean-Yves Rasplus, Florian Jabbour, Jos Käfer.

Les rapporteurs étaient Mathilde Dufaÿ, Jean-Yves Rasplus.

  • Titre traduit

    Phylogénie, biogéographie et évolution des systèmes sexuels chez les Moraceae


  • Résumé

    Les Angiospermes sont le clade le plus diversifié des plantes actuelles et sont exceptionnellement riches en espèces dans les régions tropicales. Dans cette thèse, j’ai étudié l’évolution des systèmes sexuels et l’histoire biogéographique de la famille des Moraceae, clade modèle utilisé pour comprendre l’origine et l’évolution de la diversité chez les Angiospermes. Dans le Chapitre I, j’ai reconstruit et calibré un nouvel arbre phylogénétique daté pour les Moraceae. J’ai ensuite utilisé cet arbre pour reconstruire les états ancestraux des systèmes sexuels chez les Moraceae et Ficus. Les âges des groupes-couronne des Moraceae et du genre Ficus sont estimés au Crétacé et à l’Eocène, respectivement. La dioécie est inférée comme l’état ancestral des systèmes sexuels chez les Moraceae, avec plusieurs transitions ultérieures vers la monoécie, y compris chez Ficus. Ce résultat suggère que la dioécie ne représente pas nécessairement un cul-de-sac évolutif. Dans le Chapitre II, j’ai reconstruit un arbre phylogénétique daté pour la tribu des Dorstenieae, distribuée principalement dans les régions tropicales, à partir d’un nouveau jeu de données génomiques nucléaires produit avec une approche Hyb-Seq. L’histoire biogéographique du groupe a ensuite été reconstruite en utilisant les modèles de dispersion-extinction-cladogenèse. Les âges des groupes-couronne des Dorstenieae et du genre Dorstenia sont estimés au Crétacé et dans la période du Crétacé au Paléocène, respectivement. Deux évènements de dispersion à longue distance depuis l’Afrique continentale vers l’Amérique du Sud ont eu lieu au Cénozoïque (Dorstenia et Brosimum s.l.). Dans le Chapitre III, j’ai testé les différences de niche climatique (température et précipitation) entre les deux systèmes sexuels (monoécie et gynodioécie) chez Ficus avec un nouveau jeu de données fiables d’occurrences spatiales et de systèmes sexuels chez 183 espèces. À cette fin, j’ai utilisé deux approches comparatives : équations d’estimation généralisées (GEE) et modèles linéaires généralisés (GLM). Une relation positive entre précipitation et gynodioécie est soutenue par les analyses GLM, et aucune méthode ne soutient une relation entre température et système sexuel. Une meilleure capacité à se disperser et le potentiel d’autopollinisation sont deux explications possibles pour la colonisation et la survie des espèces monoïques dans des environnements plus secs. Cette thèse démontre le potentiel des méthodes phylogénétiques comparatives et des données phylogénomiques pour répondre aux questions d’évolution des systèmes sexuels et de biogéographie chez les Moraceae et ouvre plusieurs nouvelles perspectives importantes méritant d’être approfondies chez d’autres clades de plantes, telles que la relation entre système sexuel et niche climatique.


  • Résumé

    Angiosperms are the most diversified clade of extant plants and are exceptionally species-rich in tropical regions. In this thesis, I investigated breeding system evolution and biogeographic history in the family Moraceae, which I used as a model clade to understand the origin and evolution of diversity of angiosperms. In Chapter I, I reconstructed and calibrated a new dated phylogenetic tree for Moraceae as a whole. I then used this tree to reconstruct ancestral states of breeding systems in Moraceae and Ficus. The crown group ages of Moraceae and Ficus were estimated in the Cretaceous and in the Eocene, respectively. Dioecy was inferred as the ancestral breeding systems of Moraceae, with several subsequent transitions to monoecy, including in Ficus. This result suggests that dioecy is not necessarily an evolutionary dead end. In Chapter II, I reconstructed a dated phylogenetic tree for tribe Dorstenieae, mainly distributed in tropical regions, with a new data set of nuclear genomic data generated with a Hyb-Seq approach. Biogeographic history was then reconstructed using dispersal-extinction-cladogenesis models. The crown group ages of Dorstenieae and Dorstenia were estimated in the Cretaceous and in the Cretaceous/Paleocene period, respectively. Two long-distance dispersal events from continental Africa to South America occurred in the Cenozoic (Dorstenia and Brosimum s.l.). In Chapter III, I tested the climatic niche difference (temperature and precipitation) between the two breeding systems (monoecy and gynodioecy) in Ficus using a new dataset of cleaned spatial occurrence records and breeding systems for 183 species. I used two comparative approaches: generalized estimating equations (GEE) and generalized linear models (GLM). A positive relationship between precipitation and gynodioecy was supported by GLM, but not GEE analyses, and no relationship between temperature and breeding systems was supported by either method. Higher dispersal ability and the potential for self-fertilization may explain why monoecious species of Ficus have been able to colonize and survive in drier environments. This thesis highlights the potential of phylogenetic comparative methods and phylogenomic data to address questions of breeding system evolution and biogeography in Moraceae, and opens up several important new perspectives worth investigating in other plant clades, such as a relationship between breeding system and climatic niche.


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