DS0101 - Comprendre et prévoir les évolutions de l'environnement

Diversité de traits adaptatifs liés à l'utilisation de l'eau chez deux chênes blancs d'Europe tempérée – H2Oak

Diversité de traits adaptatifs liés à l'utilisation de l'eau de deux chênes tempérés européens.

Un but important en gestion forestière, dans le contexte du changement climatique, est d'optimiser la croissance en biomasse par rapport à l'utilisation de l'eau par la transpiration (appelé “efficience d’utilisation de l'eau”), afin d'améliorer la production et la survie, même dans des forêts qui ne subissent à présent que des déficits modérés en eau.

Est-ce que l’efficience d'utilisation de l'eau est un trait adaptatif important pour les chênes ?

Les objectifs de H2Oak sont de déterminer si l'efficience d'utilisation de l'eau et des traits sous-jacents jouent un rôle adaptatif en termes de (1) impact sur la “fitness”, (2) adaptation des provenances à leur environnement spécifique, et (3) diversité génétique pour une adaptation future, particulièrement à une augmentation de sécheresse liée au changement climatique. Le but ultime est d'identifier des facteurs génétiques pouvant être utilisés pour évaluer l'impact de la gestion forestière sur l'utilisation efficace de l'eau des chênaies.

H2Oak combine l'écologie des populations de chênes et l'écophysiologie de la plasticité à la sécheresse avec des approches de génétique directe et génomique. Le projet détaillera les régions génomiques liées à l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE) dans des descendances, caractérisera la diversité de réponses plastiques à la sécheresse, criblera des populations (d'un gradient de disponibilité en eau) pour WUE et gènes candidats et appliquera les marqueurs moléculaires adaptatifs découverts à l'étude de l'adaptation dans des régénérations naturelles sous traitement sylvicole.

Les premiers 18 mois du projet ont été utilisés pour échantillonner des rondelles de troncs de plus de 600 arbres d'une plantation comparative de provenances du chêne sessile, pour échantillonner des feuilles de plus que 1000 individus de différents familles du chêne sessile et des hybrides chêne sessile x chêne pédonculé et pour conduire une expérimentation de sécheresse. Les échantillons sont en train d’être préparés pour analyse et quelques analyses de données sont déjà en cours.

À ce stade précoce du projet, les perspectives sont toujours théoriques. Cependant, les résultats de H2Oak devraient augmenter la compréhension de la diversité fonctionnelle des forêts de chênes tempérés européens, et ainsi améliorer les prédictions de l'impact du changement climatique sur leur survie et leur productivité. Des telles informations sont nécessaires pour une gestion durable des écosystèmes forestiers, aussi bien pour des objectifs de production que de conservation, affectant des pratiques sylvicoles comme la sélection des semences, la migration assistée, la gestion des éclaircies ou la sélection d'arbres semenciers pour la régénération naturelle.

Aucune publication scientifique pendant les premiers 18 mois du projet.

Les arbres dominent les couvertures végétales dans beaucoup de régions du monde comme forêts naturelles ou plantées. Ils n'ont pas seulement une importance économique par les utilisations multiples du bois, mais ils jouent aussi un rôle pour l’atténuation du changement climatique par leur fonction de puits de carbone et interviennent dans la régulation du cycle hydrologique. Des études récentes montrent que certains écosystèmes forestiers répondent déjà au réchauffement climatique et à la sécheresse par des taux de mortalités accrus, même dans des environnements qui ne sont pas en moyenne fortement contraints par les limitations hydriques. À long terme, la croissance et la survie des arbres dépendront principalement de leur capacité d'adaptation aux changements climatiques. Outre l'amélioration génétique, la gestion forestière et la facilitation de – ou l’assistance à - la migration des espèces, l'utilisation de la diversité génétique naturelle représente un levier important d’adaptation des forêts au changement climatique. Les pratiques de gestion forestière durable pourront être améliorées par la connaissance des processus sous-jacents à l'adaptation au changement climatique et finalement des gènes relatifs à des traits qui augmentent le « fitness » des arbres. L'évaluation de la variabilité de ces gènes dans les populations naturelles pourra être utilisée comme indicateur de leur adaptabilité au changement climatique.
Un objectif majeur de la gestion forestière dans le contexte du changement climatique est d'optimiser la croissance en biomasse par rapport aux pertes d'eau par transpiration, même dans des forêts qui sont actuellement exposées à des déficits hydriques du sol modérés. Le rapport entre ces deux grandeurs est désigné par efficience d'utilisation de l'eau (WUE). Des études récentes de modélisation, basées sur les réponses plastiques de traits écophysiologiques, ont montré que les changements climatiques prédits affecteront la WUE des forêts. Le projet H2Oak porte sur la diversité de la WUE de deux espèces de chênes majeures en France : Quercus robur et Q. petraea. Ils représentent 11 % du bois récolté et environ un quart de la superficie forestière française métropolitaine (~4Mha). Ces deux espèces sont largement sympatriques, mais ont des exigences écologiques différentes : Q. petraea se trouve le plus souvent sur des sols bien drainés et est plus tolérant à la sécheresse, tandis que Q. robur peut survivre sur des sols mal drainés. Q. petraea a une WUE plus élevée que Q. robur. Une telle ségrégation des niches éco-hydrologiques pourrait avoir des implications pour la conservation dans des environnements soumis à des contraintes hydriques croissantes.
L'objectif principal du projet H2Oak vise à déterminer si WUE et les traits sous-jacents jouent un rôle adaptatif chez les chênes en termes (i) d’incidence sur le fitness, (ii) d’adaptation des provenances à leur environnement spécifique et (iii) d’existence d’une diversité génétique suffisante pour assurer l'adaptation au changement climatique. L'objectif final est de définir des critères pouvant être utilisés pour évaluer l'incidence de la gestion forestière sur le potentiel adaptatif de WUE dans des chênaies. Le projet doit permettre la découverte de gènes sous-jacents à la divergence écologique dans ces espèces de chênes en utilisant des approches de la génétique directe (détection de QTL et cartographie d'association), et de la génomique écologique. Le projet H2Oak suivra une progression de taches visant à (i) préciser les régions génomiques liées à WUE dans des descendances connues, (ii) utiliser des phénotypes extrêmes pour affiner la connaissance des fonctions physiologiques sous-jacentes aux variations de WUE, (iii) caractériser la diversité de gènes candidats dans des populations naturelles et (iv) utiliser les marqueurs moléculaires mis au point à l'étude de l'adaptation dans des régénérations naturelles de semis de chênes sous gestion forestière.

Coordination du projet

Oliver Brendel (UMR 1137 Ecologie et Ecophysiologie Forestières)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INRA UEFL Unité expérimentale Forestière de Lorraine
ONF Office national des forêts
INRA EEF UMR 1137 Ecologie et Ecophysiologie Forestières
INRA Biogeco UMR Biodiversity, Genes and Ecosystems
INRA URGV Unite de Recherche en Génomique Végétale

Aide de l'ANR 600 860 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 48 Mois

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