Variabilité génétique et plasticité phénotypique pour des caractères adaptatifs à l’échelle du semis chez le Peuplier noir (Populus nigra L.). Évaluation à partir d’expérimentations in situ et de transplantation réciproque

Genetic variability and phenotypic plasticity for adaptive traits at seedling stage in black poplar (Populus nigra L.). Evaluation from in situ and reciprocal transplant experiments

• Auteur / Autrice : Marlène Lefebvre
• Direction : Marc Villar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie intégrée pour la valorisation de la diversité des Arbres et de la Forêt (Orléans ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Brignolas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Villar, François Lefèvre, Claire Damesin, André Evette, Oliver Brendel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Lefèvre, Claire Damesin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantation

Facteurs abiotiques

Facteurs biotiques

Changements climatiques

Peupliers

Mots clés libres

Adaptation

Plasticité phénotypique

Peuplier noir

Changement climatique

Transplantation réciproque

Variabilité génétique

Adaptation

Phenotypic plasticity

Black poplar

Climate change

Transplant experiment

Genetic variability

Résumé

Cette thèse est centré sur le peuplier noir (Populus nigra L.), espèce forestière considérée comme modèle largement utilisée en recherche, notamment pour comprendre les réponses de l’arbre face aux contraintes biotiques et abiotiques. Deux objectifs principaux ont été définis, avec des expérimentations ciblées sur le stade semis : (i) évaluer le succès de régénération du peuplier noir au sein de l’unité conservatoire de la Réserve Naturelle Nationale de Saint Mesmin (le long du fleuve Loire) et (ii) évaluer la diversité de réponses des semis face aux variations environnementales, et particulièrement à la température, via l’étude de caractères fonctionnels supposés adaptatifs à partir d’un dispositif original de transplantation réciproque. Pour le premier objectif de la thèse, un suivi de régénération via des quadrats géolocalisés a été réalisé durant quatre ans (densité, survie, croissance) sur une barre sédimentaire de trois hectares et a mis en évidence que la dynamique hydrosédimentaire conditionne largement le succès de régénération ainsi que la survie des semis d’une année à l’autre. Pour le deuxième objectif de la thèse, une étude de deux populations naturelles françaises de semis de peuplier noir (Loire et Drôme), présentant une large variabilité génétique a été réalisée en mettant en place un dispositif de transplantation réciproque pendant deux ans dans deux environnements contrastés (Loire - environnement de type Atlantique et Drôme de type méditerranéen). L’intérêt de ce dispositif a été de pouvoir dissocier les potentiels effets environnementaux des effets génétiques, ainsi que leurs interactions sur un panel de caractères supposés adaptatifs à l’échelle de la feuille (efficience de l’utilisation de l’eau, surface massique, densité stomatique), de la tige (conductivité hydraulique théorique spécifique), du système racinaire (croissance) et de la plante entière (allocation de biomasse). Nos travaux ont montré qu’il existe une forte variabilité phénotypique pour les caractères étudiés, quels que soient l’origine génétique ou l’environnement considéré. Les deux populations de semis ne présentaient pas les mêmes caractéristiques foliaires, et répondaient de manière différente au changement d’environnement. En effet, la population de semis de Loire mettait en place un ajustement morphologique lorsqu’elle était placée dans un climat plus chaud alors que la population de semis de Drôme mettait en place un ajustement physiologique (efficience d’utilisation de l’eau foliaire) lorsqu’elle était placée dans un climat plus froid. Des liens entre les caractères étudiés et la croissance globale des semis ont également pu être mis en évidence, notamment avec la conductivité hydraulique théorique spécifique du xylème secondaire.

This PhD research work focused on black poplar (Populus nigra L.), a forest tree considered as a model species widely used in research, particularly to understand tree responses to biotic and abiotic constraints. Centered on the seedling stage, two main objectives have been defined: (i) to evaluate the regeneration success of black poplar in the genetic conservation unit of the National Nature Reserve of Saint Mesmin (along the Loire River) and (ii) to evaluate the diversity of seedling responses to environmental variations, especially temperature, through the study of putative adaptive functional traits in an original reciprocal transplant experiment. For the first objective, a survey of regeneration via georeferenced plots was carried out during four years (density, survey, growth) on a sandy-gravelly bar of three hectares and showed that the hydrosedimentary dynamics largely conditioned the success of regeneration and seedling survival from one year to the next. For the second objective, a study with two natural French populations of black poplar seedlings (Loire and Drôme), presenting a large genetic variability was carried out by setting up a reciprocal transplantation experiment for two years in two contrasting environments (Loire - atlantic environment and Drôme mediterranean one). The objective of this trial was to be able to dissociate the potential environmental effects from the genetic effects, as well as their interactions on a panel of adaptive characters at the scale of the leaf (water use efficiency, specific leaf area and stomatal density), stem (specific theoretical hydraulic conductivity), root system (growth) and whole plant (biomass allocations). Our results have demonstrated that there is a high phenotypic variability for the characters studied, whatever the genetic origin or the environment considered. Seedling populations did not have the same leaf characteristics, and responded differently to the environments. Indeed, the Loire seedling population exhibited a morphological adjustment when it grew in a warmer climate while the seedling population of Drôme set up a physiological adjustment (leaf water use efficiency) when placed in a colder climate. Relations between the studied characters and the overall growth of the seedlings could also be highlighted, notably with the specific theoretical hydraulic conductivity of the xylem.