Drought-Adaptation Potential in Fagus sylvatica: Linking Moisture Availability with Genetic Diversity and Dendrochronology

<div><h3>Background</h3><p>Microevolution is essential for species persistence especially under anticipated climate change scenarios. Species distribution projection models suggested that the dominant tree species of lowland forests in Switzerland, European beech (<em>Fagus sylvatica</em> L.), might disappear from most areas due to expected longer dry periods. However, if genotypes at the moisture boundary of the species climatic envelope are adapted to lower moisture availability, they can serve as seed source for the continuation of beech forests under changing climates.</p> <h3>Methodology/Principal Findings</h3><p>With an AFLP genome scan approach, we studied neutral and potentially adaptive genetic variation in <em>Fagus sylvatica</em> in three regions containing a dry and a mesic site each (<em>n</em>_ind. = 241, <em>n</em>_markers = 517). We linked this dataset with dendrochronological growth measures and local moisture availabilities based on precipitation and soil characteristics. Genetic diversity decreased slightly at dry sites. Overall genetic differentiation was low (<em>F</em>_st = 0.028) and Bayesian cluster analysis grouped all populations together suggesting high (historical) gene flow. The Bayesian outlier analyses indicated 13 markers with three markers differing between all dry and mesic sites and the others between the contrasting sites within individual regions. A total of 41 markers, including seven outlier loci, changed their frequency with local moisture availability. Tree height and median basal growth increments were reduced at dry sites, but marker presence/absence was not related to dendrochronological characteristics.</p> <h3>Conclusion and Their Significance</h3><p>The outlier alleles and the makers with changing frequencies in relation to moisture availability indicate microevolutionary processes occurring within short geographic distances. The general genetic similarity among sites suggests that ‘preadaptive’ genes can easily spread across the landscape. Yet, due to the long live span of trees, fostering saplings originating from dry sites and grown within mesic sites might increase resistance of beech forests during the anticipated longer dry periods.</p> </div

Estimation of Fagus sylvatica L mating system parameters in natural populations

The mating system of beech (Fagus sylvatica L) was investigated using polymorphism at 4 allozyme loci and the multilocus model of Ritland and Jain (1981). Beech appears to be a highly outcrossing species: the outcrossing rate ranges from 0.94 to 1. No significant differences were found in outcrossing rates according to environmental factors or among or within trees. Comparison of single-locus and multilocus estimates indicated that little or no inbreeding occurred. Outcross pollen pool was not homogeneous and heterogeneity in pollen allelic frequencies was observed even among nearby trees. A possible explanation may be the temporal variability of the pollen pool due to variation in flowering time and to matings between phenologically synchronous trees.Estimation des paramètres du mode de reproduction de Fagus sylvatica L. Le mode de reproduction du hêtre (Fagus sylvatica) a été étudié à l'aide de 4 marqueurs alloenzymatiques (GOT1, MDH1, SOD1 et IDH1) et du modèle multilocus de Ritland etJain (1981) dans 4 populations françaises : l'une en forêt d'Issaux dans les Pyrénées-Atlantiques, les trois autres dans le massif de l'Aigoual (La Serreyrèdes, Plo du Four et Sommet) (tableau I). Dans la forêt d'Issaux, 3 parcelles présentant des physionomies différentes ont été étudiées : une parcelle à forte densité (forêt), une autre située en lisière de forêt et la troisième formée d'arbres isolés. Les questions abordées dans cette étude sont les suivantes : i) quel est le taux d'autofécondation du hêtre en conditions naturelles ? ii) existe-t-il des variations de ce taux dans l'espace et dans le temps ? iii) existe-t-il une hétérogénéité du pollen à l'intérieur des populations ? Le hêtre est une espèce hautement allogame : le taux d'allofécondation est compris entre 0,94 (Aigoual) et 1 (Issaux) (tableau II). Ces estimations correspondent à des taux d'autofécondation inférieurs à la valeur moyenne (13%) calculée à partir des observations de Nielsen et Schaffalitzky-de-Muckadell (1954). Aucune différence significative n'a été mise en évidence selon les variations des facteurs de l'environnement entre les taux d'allofécondation observés. Ce taux ne varie pas non plus significativement d'un arbre à l'autre ou entre les secteurs d'un même arbre. Les taux très élevés d'allofécondation chez cette espèce autocompatible pourraient s'expliquer par certaines caractéristiques de sa biologie florale. La comparaison des estimations uni- et multilocus du taux d'allofécondation montre un niveau nul ou très faible de consanguinité. Une analyse de variance à 2 facteurs montre qu'il n'y a pas de variation de fréquence allopollinique d'un secteur à l'autre de la couronne d'un arbre : les secteurs d'un même arbre ont donc pu être considérés comme des répétitions aléatoires. En revanche, le nuage allopollinique est hétérogène : i) d'un arbre à l'autre et les fréquences alléliques du pollen peuvent être différentes même entre individus voisins (IDH1, tableau III), ii) entre les peuplements (GOT1 et MDH1). Dans la forêt d'Issaux cette hétérogénéité est maximale pour les arbres isolés (tableau V). À l'Aigoual, il n'y a pas d'hétérogénéité interpeuplements mais une forte hétérogénéité à l'intérieur de 2 des peuplements (tableau VI). Ces phénomènes peuvent s'expliquer par la variabilité du nuage pollinique dans le temps en raison de décalages à déterminisme génétique de la période de floraison (jusqu'à 20 j) et de la reproduction entre arbres synchrones d'un point de vue phénologique. Ce modèle pourrait expliquer, en particulier, l'hétérogénéité de l'allopollen entre arbres voisins non synchrones. Cependant, il devrait conduire, au cours du temps, à une structuration des populations en groupes d'arbres précoces et d'arbres tardifs, ce qui n'a pas été observé. En fait, il existe entre les individus les plus précoces et les plus tardifs toutes les classes intermédiaires : la distribution des arbres en fonction de leur période de floraison est à peu près normale, ce qui induit des classes chevauchantes d'individus

Estimation of Fagus sylvatica L mating system parameters in natural populations

International audienc

Genetic structure of natural stands of Fagus sylvatica L. (beech)

International audienceThe spatial genetic structures of three French natural beech stands were analysed using poly-morphic enzyme loci. Two methods were used: F-statistics and spatial autocorrelation statistics. Within these stands where self-fertilization rate is 0, a low heterozygote deficit was observed which may be due to a moderate level of mating between relatives. However, no increase of this deficit was observed from one generation to the next. The spatial genetic structuring was low. Within one open stand composed of several patches, founder events are invoked to explain a significant autocorrela-tion. Within the two other stands, both dense, results are similar to those produced by simulations of an isolation by distance model. The genetic structure seems not to be stable in space and time which may be due to (i) a limited number of generations; (ii) an effective gene flow less limited than hypothesized; and (iii) fertility differences or phenological incompatibilities between individuals

Fixation nette de carbone dans la biomasse d'un peuplement de Pin maritime, dans les Landes de Gascogne

National audienc

Fixation nette de carbone dans la biomasse d'un peuplement de Pin maritime, dans les Landes de Gascogne

National audienc

When capacitive transduction meets the thermomechanical limit: Towards femto-newton force sensors at very high frequency

International audienceWe show that the capacitive transduction of a MEMS device using a setup based on a microwave detection scheme achieves the measurement of the thermomechanical noise spectrum of a high-frequency (>10 MHz) high-stiffness (>10 5 N/m) resonator, reaching the outstanding displacement resolution of 1 fm/√Hz. This result paves the way for vibrating sensors with exquisite force resolution in the fN/vHz range, enabling large-bandwidth measurements of mechanical interactions at small scale and rheology of fluids at very high frequency. An example of application is given and concerns atomic force microscopy images of biomolecular assemblies