Ecology and population genetics of an invasive forest tree species : Prunus serotina Ehrh

Within the general context of plant invasions, we chose to study the biological characteristics of one of the most invasive forest tree species in Europe: black cherry (Prunus serotina Ehrh.). The objectives of this thesis were twofold: describe the reproductive traits and dispersal characteristics of the species and disentangle its introduction patterns, using both ecological and genetic tools. First introduced in Europe for ornamental purposes then to serve different objectives in forests, this North American species rapidly spread around plantations to invade several types of woodlands and open habitats. Preliminary analyses were carried out to characterize the polyploid nature of the species and to find functional polymorphic microsatellite markers. In order to answer the first objective, the reproductive cycle was studied in the understory of an invaded pine plantation and a spatially-explicit-individual-based model was fit on genetic and demographic data collected at a landscape scale. Results suggested that despite a low fruit set (0.03), a high number of seeds fell (611 seeds.m-2) and germinated (19 seeds.m-2) each year on the forest floor. Thorough analysis of seed dispersal patterns showed that the bulk of the seed crop falls near the maternal parent as 95% of the seeds were found to disperse up to 5 m. Model output for longer dispersal distances suggested that successful establishment of seedlings after long distance dispersal events is more frequent than previously thought. Thirty one percent of the seedlings were indeed established further than 100 m away from their maternal parent. Twenty five populations were then sampled across Europe to describe the species introduction patterns. Two introduction scenarios, mainly differing by the number of individuals introduced and the putative number of independent sources from the native range, were postulated to explain the observed genetic patterns. The methods and models used in this work could be useful in a wide range of dispersal and ecological studies. / Dans le contexte général des invasions biologiques, nous avons choisi d'étudier les caractéristiques biologiques d'une des espèces forestières les plus envahissantes en Europe: le cerisier tardif (Prunus serotina Ehrh.). Les objectifs de cette thèse étaient doubles : décrire les caractéristiques de reproduction et de dispersion de l'espèce et comprendre les patrons de son introduction, en utilisant à la fois des outils écologiques et génétiques. Initialement introduite en Europe comme ornementale puis utilisée à différentes fins en forêts, cette espèce native de l'Amérique du Nord s'est rapidement échappée des plantations pour coloniser les bois et les habitats ouverts environnants. Des analyses préliminaires ont du être menées pour caractériser la nature polyploïde de l'espèce et déterminer des marqueurs microsatellites fonctionnels sur l'espèce. Dans le but de répondre au premier objectif, le cycle de reproduction a été étudié en sous étage d'une plantation de pins envahie et un modèle spatialement explicite prenant en compte l'individu a été calibré à l'aide de données génétiques et démographiques récoltées à l'échelle du paysage. Les résultats ont suggéré que malgré un faible taux de fructification (0.03), un nombre important de graines tombaient (611 graines.m-2) et germaient (19 graines.m-2) chaque année sur le sol forestier. Une analyse fine des patrons de dispersion des graines a montré que la majeure partie de celles-ci tombait près du parent maternel. Ainsi, 95% des graines ont été échantillonnées dans des distances allant de 0 à 5 m du pied de l'arbre. Les résultats du modèle ont suggéré que l'établissement des plantules après des évènements de dispersion à longue distance était plus fréquent qu'initialement postulé. Trente et un pourcent des plantules se sont en effet établies à des distances supérieures à 100 m de leur parent maternel. Vingt-cinq populations ont ensuite été échantillonnées à travers l'Europe pour décrire les patrons d'introduction de l'espèce. Deux scénarios d'introduction, différant principalement par le nombre d'individus introduits et le nombre de sources d'introductions indépendantes en provenance de l'aire d'origine, ont été suggérés pour expliquer les patrons génétiques observés. Les méthodes et modèles utilisés dans ce travail pourraient être appliqués à une grande variété d'études écologiques et de dispersion.Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique (AGRO 3) -- UCL, 200