Mécanismes de propagation du roseau commun envahisseur au Québec

Abstract

Les invasions biologiques sont considérées actuellement par la communauté scientifique comme des vecteurs de modification de la biodiversité et de changement des écosystèmes. La rapide invasion de la sous-espèce exotique du roseau commun (Phragmites australis) dans le nord-est de l'Amérique du Nord est un exemple spectaculaire d'envahissement végétal. Un programme de prévention et de contrôle de cette herbacée nécessite une connaissance adéquate de la biologie, de la génétique et de l'écologie de cette plante envahissante. Le but général de ma thèse de doctorat est d'améliorer le savoir sur la dynamique de dispersion du roseau commun envahisseur au Québec, en étudiant ses caractéristiques de reproduction biologique, de diversité génétique et de tolérance écologique qui favorisent son succès d'établissement au cours de la phase de propagation.

Le premier objectif est de déterminer la contribution relative des modes de reproduction sexuée et asexuée dans la dispersion à courte et longue distance, en utilisant des observations de terrain de nouveaux individus et des analyses de génétique des populations établies. Le deuxième objectif est de décrire la diversité génétique des populations par le biais de milliers de marqueurs nucléotidiques, en utilisant une meilleure résolution des génotypes et distinction des clones grâce à une nouvelle technologie de dernière génération, le génotypage-par-séquençage. Le troisième objectif est d'identifier le niveau de tolérance écologique du roseau et les facteurs environnementaux hostiles à sa prolifération, en utilisant des régressions logistiques binaires basées sur des données biotiques et abiotiques de sites envahis et non envahis par l'espèce.

Le premier volet confirme que le roseau s'établit majoritairement par graines sur de vastes territoires, et se propage latéralement par rhizomes et stolons à l'échelle locale. La fondation de nouvelles populations le long des routes est également assurée par la dissémination de fragments végétatifs. Le deuxième volet confirme que le roseau dispose d'une forte recombinaison génétique par reproduction sexuée qui lui permet d'acquérir un potentiel évolutif et une adaptation rapide. La nouvelle approche de génotypage permet de réduire les imprécisions liées à l'utilisation d'un petit nombre de marqueurs microsatellites. Le troisième volet confirme que le roseau colonise des fossés de drainage ouverts exposés au soleil et dénués de végétation arborée. Cette espèce ne tolère pas la présence de ligneux et l'absence de lumière. En somme, cette thèse présente un portrait biologique, génétique et écologique des caractéristiques du roseau envahisseur qui influencent sa propagation au Québec.

Ces résultats justifient l'ensemencement d'herbacées indigènes et la plantation de haies arbustives pour restaurer les écosystèmes perturbés afin de prévenir l'existence de lits de germination propices à l'établissement par graines du roseau. Cependant, la gestion du roseau commun envahisseur dépend du contexte, puisque cette plante peut également rendre bon nombre de services écologiques.

Biological invasions are currently considered by the scientific community drivers of biodiversity and ecosystem change. The rapid invasion of the exotic subspecies of common reed (Phragmites australis) in the northeast of North America is a spectacular example of plant invasion. A prevention and control program of this grass requires adequate knowledge of biology, genetics and ecology of this invasive plant. The overall aim of my thesis is to improve knowledge on the dynamics of dispersal of the invasive common reed in Quebec, by studying its characteristics of biological reproduction, genetic diversity and ecological tolerance that promote its establishment success during the spread stage.

The first objective is to determine the relative contribution of sexual and asexual reproduction modes in the short and long distance dispersal, using field observations of new individuals and genetic analysis of established populations. The second objective is to describe the genetic diversity of populations through thousands of nucleotide markers, using higher resolution of genotypes and distinction of clones through a novel next-generation technology, the genotyping-by-sequencing. The third objective is to identify the level of ecological tolerance of common reed and the adverse environmental conditions to its proliferation, using binary logistic regression models based on biotic and abiotic data collected in invaded and non-invaded sites by the species.

The first project confirms that common reed mainly establishes by seeds over large areas, and laterally expands by rhizomes and stolons at the local scale. New populations are also founded along roads by the dispersal of vegetative fragments. The second project confirms that common reed has a high genetic recombination by sexual reproduction that allows to gain an evolutionary potential and rapid adaptation. The new genotyping approach reduces uncertainties associated with the use of a limited number of microsatellite markers. The third project confirms that common reed colonizes open drainage ditches exposed to sunlight and free of trees. This species does not tolerate the presence of wood and the absence of light. In summary, this thesis presents a biological, genetic and ecological portrait of the characteristics of the invasive common reed that influence its spread in Quebec.

These results support the seeding of native herbaceous and the planting of shrub hedges to restore disturbed ecosystems in order to prevent the existence of seedbeds suitable for the establishment of the common reed by seeds. However, the management of invasive common reed depends on the context, since this plant can also provide many ecological services.