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Conservatoire et Jardin botaniques de la Ville de Genève


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Spéciation, diversification et structuration intraspécifiques

L'étude de la diversité génétique à l’intérieur des espèces ainsi que l’analyse des relations génétiques entre espèces proches est le fil rouge de ce programme. Les domaines d’applications sont divers et concernent l’étude de la structuration génétique intraspécifique (application à des programmes de conservation), la phylogéographie (inférence de l’histoire démographique et spatiale des espèces), ainsi que l’étude des patterns de différentiation et de spéciation (application à la stratégie des codes barres génétiques).

Etude de la structure génétique du panicaut des Alpes, Eryngium alpinum

Le panicaut des Alpes (chardon bleu) est une apiacée hémicryptophyte pluriannuelle de l'étage subalpin, de distribution alpine et illyrique. Cette espèce est protégée aussi bien en Suisse que dans toute l'Europe en raison de son attractivité (cueillette, commercialisation, culture) et de la diminution constante de ses stations. En Suisse, elle est répartie dans plusieurs stations des Alpes, principalement dans les Préalpes vaudoises et fribourgeoises mais également dans les Alpes valaisannes et grisonnes ainsi qu'autour du Lac des 4 cantons. Cultivé dans les jardins et les rocailles, le chardon bleu s'est souvent échappé de culture. Il a aussi été introduit volontairement par des amateurs dans plusieurs stations des Préalpes ou du Jura.
Le but du projet méné au Jardin botanique est d'étudier la structuration génétique du panicaut des Alpes à l'aide de marqueurs chloroplastiques et de marqueurs nucléaires microsatellites qui donnent des informations complémentaires.
Les marqueurs chloroplastiques, au nombre de deux (psbA-trnH et trnS-trnG) permettent de retracer les évènements de colonisation (par l’intermédiaire des graines). De ce fait ils sont utiles pour reconstruire la phylogéographie de l’espèce. Les marqueurs microsatellites (au nombre de neuf dans cette étude) rendent compte des flux de gènes par graines et par pollen. Ils sont davantage utilisés pour déterminer le niveau de variabilité au sein des population ainsi que pour détecter des signes de consanguinité.

Phylogéographie, pattern de colonisation et de spéciation des Silene des groupes italica s.str. et mollissima dans le bassin méditerranéen occidental

Ce projet se place dans le cadre de l' étude de la section Siphonomorpha du genre Silene (Caryophyllaceae) en Méditerrannée. Il s'attache à la partie occidentale de l'aire en ayant pour objectif principal de tester l’hypothèse selon laquelle les espèces présentes dans la péninsule Ibérique dérivent de l’espèce nord-africaine S. patula qui elle-même serait issue de l’espèce S. italica, présente dans le sud de l’Europe. Dans le cas du groupe mollissima, la question est de savoir si les 7 espèces décrites sont monophylétiques ou résultent d’adaptations convergentes et de spéciations parallèles à partir d’espèces proches géographiquement.
L’essentiel du matériel provient des échantillons d’herbiers de G, notamment ceux ayant servi à la monographie du groupe effectuée par D. Jeanmonod dans les années 1980. Des échantillonnages supplémentaires ont été nécessaires pour les espèces du groupe mollissima. Ce travail consiste à séquençer les intergènes chloroplastiques trnH-psbA, trnS-trnG, rps12-rpl20 et à les analyser.

Etude taxonomique et phylogéographique du groupe italica du genre Silene (Caryophyllaceae) en Méditerranée orientale

Ce projet se place dans le cadre de l' étude de la section Siphonomorpha du genre Silene (Caryophyllaceae) en Méditerrannée. Il s'attache à analyser les espèces de la partie orientale de la Méditerranée puis de confronter ces résultats avec ceux obtenus pour la partie occidentale (JEANMONOD, 1984, 1985, NACIRI & al., 2010a, 2010b) afin d'en dégager une synthèse phylogéographique. L'étude portera sur les espèces présentes à l'est: S. italica (subsp. Italica et peloponnesiaca), S. cythnia, S. goulimyi, S. sieberi, S. splendens, S. pseudonutans, S. gigantea, S. damboldtiana, S. spinescens, S. ispartensis et S. phrygia. Elle s'attachera aux aspects suivants: a) chorologie précise des taxons; b) étude des caractères morphologiques et de leur variabilité sur le même modèle que celui utilisé pour les taxons ouest-méditerranéens (longueur des calices, contractions des plantes et des inflorescences, pilosité, couleur des fleurs (blanc ou rose), etc., c) analyse moléculaire de marqueurs chloroplastiques(trnH-psbA, trnS-trnG et rpl20-rps12) ainsi que le marqueur nucléaire ITS; d) écologie des espèces, pour une mise en évidence des différences entre les taxons et pour une comparaison entre l'ouest et l'est. Les aspects adaptatifs aux écologies spécifiques comme les falaises ou les arrières plages sont particulièrement importants pour la compréhension de l'évolution des espèces du groupe. Pour comprendre l'évolution de ce groupe, plusieurs hypothèses seront testées: a) la séparation des 2 lignées, l'une à l'ouest, l'autre à l'est; b) le rôle central joué par S. italica; c) une hypothèse alternative avec un rôle central joué par S. nemoralis alors que S. italica ne serait qu'un taxon récent. D'autres hypothèses seront testées notamment s'il y a des relations phylogénétiques proches entre espèces adaptées à des milieux particuliers ou au contraire de multiples adaptations convergentes aux rochers et aux sables maritimes, comme cela semble être le cas en Méditerranée occidentale. L'étude des espèces doit conduire à proposer un schéma évolutif (relation de parentés entre les espèces) en lien avec la phylogéographie et les évènements migratoires qui ont conduit à la répartition actuelle des espèces. Il s'agit également de mettre en lien ces parentés et ses évènements avec l'évolution morphologique observée. Bibliographie: JEANMONOD, D. (1984). Revision de la section Siphonomorpha Otth du genre Silene L. (Caryophyllaceae) en Méditerranée occidentale. III: aggrégat italica et espèces affines. Candollea 39: 549-639. JEANMONOD, D. (1985). Revision de la section Siphonomorpha Otth du genre Silene L. (Caryophyllaceae) en Méditerranée occidentale. V: synthèse. Candollea 40: 35-56. NACIRI, Y., CAVAT, F. & D. JEANMONOD (2010a). Silene patula (Siphonomorpha, Caryophyllaceae) in North Africa: A test of colonisation routes using chloroplast markers. Mol. Phylogen. Evol. 54: 922-932. NACIRI Y., PRENTICE H.C., TROIA A., HUGOT L., BURGARELLA C., JEANMONOD D. (2010b). Ancestrality or morphological convergence in the mollissima and italica groups of Silene in the Western Mediterranean Basin. OPTIMA2010, 21-26 Marsh, Antalya, Turkey.

Etude de la recolonisation post-glaciaire en Amérique du Sud: analyse de la structure génétique d'Astronium urundeuva et Geoffroea spinosa

Les dernières glaciations (-50 000 à -10 000) ont occasionné des changements importants de végétations sur l'ensemble des terres émergées. Ainsi, en Europe, l'extension des glaciers a poussé la majorité des espèces à se réfugier vers le Sud. Il est par contre beaucoup plus difficile de décrire précisément l'histoire des successions de végétations en Amérique du Sud. Ceci est dû principalement à la complexité des phénomènes climatiques qui se sont succédés dans le continent durant cette période et à la rareté des fossiles dans le bassin amazonien. Selon les données actuellement disponibles, le bassin amazonien aurait été recouvert, à quelques zones près, d'une forêt dense sèche (SDTF pour Seasonally Dry Tropical Forest) durant la période glaciaire. Cette forêt aurait été ensuite repoussée aux marges de l'actuelle forêt pluviale amazonienne durant les derniers 10 000 ans.
Nous avons testé l’hypothèse précédente à l'aide de marqueurs chloroplastiques et nucléaires sur deux espèces caractéristiques des forêts sèches semidécidues (Astronium urundeuva et Geoffroea spinosa), choisies pour leur pattern de distribution et leurs modes de dissémination contrastés.
Les résultats ont montré qu'Astronium urundeuva est structurée spatialement et se compose de deux lignages chloroplastiques divergents se rejoignant au sud de la Caatinga brésilienne. L'analyse de l'espèce donnent de bons arguments en faveur de forêts sèches plus plus étendues qu'actuellement en Amérique du Sud (Caetano et al., 2008a). Cette conclusion est encore plus vraie pour Geoffroea spinosa, espèce pour laquelle une faible différentiation génétique est trouvée tout autour du Bassin Amazonien (Caetano & Naciri, 2011; Caetano et al., en prep). Le projet a également permis d'analyser les frontières d'espèces dans le genre Astronium (Caetano et al., 2008b) et de questionner le status de Geoffroea spinosa aux Galapagos en utilisant des simulations bayésiennes. L'espèce a, selon les résultats, colonisé les Galapagos très récemment, ce qui pourrait indiquer qu'elle ait été introduite par l'Homme (Caetano et al., 2012).

Les codes barres génétiques chez les plantes vasculaires : une approche par la génétique des populations

Les code-barres génétiques permettent idéalement l'attribution de nouveaux spécimens, sur la base d’un fragment d’ADN, à une espèce connue par ailleurs. Le défi initial était donc de trouver la séquence d’ADN idéale, qui permettrait une identification sûre au niveau de l’espèce. Chez les plantes terrestres, la situation s’est révélée fort complexe, et l’utilisation d’une combinaison de plusieurs séquences a assez rapidement été suggérée (Savolainen et al., 2005; Chase et al., 2005). Des publications récentes proposent de combiner deux ou trois séquences chloroplastiques (Chase et al., 2007; Kress and Erickson, 2007 ; CBOL Plant Working Group 2009). La faisabilité d’une telle méthode, ainsi que son intérêt pour la science, a ouvert un grand débat qui est loin d’être fini. L’un des aspects de la controverse qui a été régulièrement soulevé concerne la variabilité intra- versus inter-spécifique qui doit figurer dans la base de données de référence. En conséquence, les paramètres liés à cette estimation, tel que la taille d’échantillonnage minimale, suscitent également de fortes discussions.
Ce projet s’intéresse spécifiquement à cette question, et a donc comme but de procurer à la communauté scientifique des règles générales d’échantillonnage chez les plantes, dans le cadre d’une démarche de code barre génétique. Sept groupes d’espèces étroitement liées ont été sélectionnés comme modèles biologiques, le choix étant fait de façon à analyser des plantes avec des cycles de vie différents. Effectivement, la délimitation des espèces chez les pérennes semble plus brouillée que chez les plantes annuelles, et en conséquence l’effort d’échantillonnage pour couvrir la variabilité intraspécifique n’est pas standard. Parmi les arbres et arbustes trois genres ont été sélectionnés:
- Acer (A. campestre, A. monspessulanum, A. opalus, A. platanoides et A. pseudoplatanus)
- Lonicera (L. alpigena, L. caerulea, L. nigra et L. xylosteum)
- Salix (S. herbaceae, S. reticulata, S. retusa et S. serpillifolia)
Pour les herbacées pérennes, deux genres ont été choisis:
- Adenostyles (A. alliariae, A. glabra et A. leucophylla)
- Gentiana (G. acaulis, G. alpina, G. angustifolia et G. clusii)
Pour les annuelles, deux genres ont également été sélectionnés:
- Geranium (G. columbinum, G. dissectum et G. pusillum),
- Veronica (V. agrestis, V. arvensis, V. hederifolia, V persica et V. polita).

Phylogéographie de trois espèces relictes tertiaires du genre Zelkova et assignation de l’origine géographique de spécimens vivants conservés en jardins botaniques

Le genre Zelkova a connu un succès important durant le Tertiaire (de -65 à -7 millions d’années). Seules six espèces sont parvenues jusqu’à nous, dont trois sont présentes dans le domaine sud-ouest eurasien. Le projet, avait pour but d’analyser la diversité génétique de Zelkova sicula (endémique de Sicile, en danger critique d’extinction), de Z. abelicea (endémique de Crète, en danger) et Z. carpinifolia (endémique du Caucase), à l’aide de marqueurs moléculaires issus du chloroplaste et du noyau des cellules. Ces résultats ont ensuite été utilisés pour inférer l’origine géographique d’arbres cultivés dans divers jardins botaniques. Pour Z. abelicea et Z. carpinifolia, il a été possible de localiser le lieu d’origine au massif de montagne près. Ces analyses ont également permis de corriger le nom de certains arbres et de déceler des erreurs d’étiquetage. Enfin les résultats ont montré que la représentativité des collections de jardins botaniques est relativement faible et qu’elle ne couvre pas la diversité génétique trouvée in situ. Si les collections ex-situ devaient être utilisées à des fins de conservation, une réflexion concertée devrait être menée pour pouvoir optimiser la qualité des ressources génétiques présentes dans les jardins. Ce projet a été effectué en étroite collaboration avec l’Université de Fribourg le Dr G. Kozlowski et C. Christe (assistante scientifique), à l’aide d’un financement du BGCI (Botanic Gardens Conservation International).

Etude phylogéographique des espèces du genre Paracaryum en Turquie

Les Boraginacées figurent parmi les familles les plus riches de Turquie et le genre Paracaryum se place en quatrième position dans ce pays, en termes de nombre d’espèces. Suite à la révision taxonomique qu’elle a effectuée pour sa thèse de doctorat sur le genre Paracaryum à l’Université Hacettepe d’Ankara, le Dr A. Koca a rejoint, sur fonds propres, l’Unité de Phylogénie et de Génétique Moléculaires pour tester les hypothèses issues de son travail. Il s’agit, à l’aide de marqueurs moléculaires, de préciser les relations entre les 22 espèces concernées et de comprendre leur évolution et leur diversification respectives dans le domaine anatolien qui se trouve à la jonction de trois hotspots de diversité : méditerranéen, irano-anatolien et caucasien.