Ann. For. Sci. 51 (1994) 163-173
DOI: 10.1051/forest:19940206

Estimation of Fagus sylvatica L mating system parameters in natural populations

D Merzeau^a, B Comps^a, B Thiébaut^{b, c} and J Letouzey<sup>a

a</sup>  Laboratoire d'Écologie Génétique, Département de Biologie des Végétaux Ligneux, Université Bordeaux I, avenue des Facultés, 33405 Talence Cedex
^b  Université Montpellier , Institut de Botanique, 163, rue A-Broussonet, 34000 Montpellier
^c  CNRS, Centre Louis-Emberger, BP 5051, 34033 Montpellier, France

Abstract - 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.

Résumé - 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.

Key words: mating system / outcrossing rate / pollen heterogeneity / beech

Mots clés : mode de reproduction / allofécondation / hétérogénéité du pollen / hêtre