Comprendre les effets combinés des stress hydriques et thermiques sur la mortalité des arbres – HydrauLeaks

Les sécheresses provoquent plus de dépérissements dans les forêts lorsqu'elles sont associées à des vagues de chaleur, comme au cours de l'été 2003 en France. Cependant, les mécanismes physiologiques sous-jacents de ces dépérissements restent à élucider. L'objectif principal de ce projet est d'explorer une nouvelle hypothèse de mortalité, selon laquelle la défaillance hydraulique du xylème serait causée par une augmentation brusque de la perte d'eau cuticulaire résiduelle (g_min) au-delà d'une température critique Tp. Les valeurs de Tp issues de la littérature et des simulations préliminaires d'un nouveau modèle mécaniste (SurEau) justifient cette hypothèse.
Nous mesurerons g_min et sa dépendance à la température pour des espèces d'arbres forestiers couvrant une large gamme de tolérance à la sécheresse. Pour deux espèces menacées par les changements climatiques (Fagus sylvatica et Abies alba), nous explorerons la variabilité de g_min sur des provenances d'origines contrastées dans leur aire de répartition naturelle en travaillant à la fois sur des tests de provenance et "in situ". g_min sera également comparé pour des génotypes de peupliers contrastés pour leur tolérance à la sécheresse. La plasticité phénotypique de ce caractère sera évaluée pour un génotype de peuplier cultivé dans des environnements contrôlés pour l'humidité du sol, l'ombrage et la température. Nous développerons un nouvel outil pour le phénotypage de g_min et Tp qui sera distribué à l’ensemble des partenaires du projet.
Nous émettons l'hypothèse (H1) que les espèces, les génotypes et les phénotypes plus résistants aux sécheresses caniculaires présentent une g_min plus basse et plus thermo-stable. Les mécanismes physiques sous-jacents seront étudiés sur des cuticules réelles et biomimétiques. La composition chimique des cuticules des feuilles sera mesurée sur du matériel végétal sélectionné à partir des expériences précédentes pour identifier les composants structuraux clés associés aux variations inter et intraspécifiques de g_min. L'effet de ces composants sur g_min et sa thermostabilité sera évalué chez des mutants d'Arabidopsis modifiés pour leur biosynthèse. Nous émettons l'hypothèse (H2) que la thermostabilité de g_min est causée par la présence ou la proportion de molécules spécifiques dans la cuticule. Des tests expérimentaux seront menés ex-situ dans des conditions contrôlées pour évaluer l'impact d'une sécheresse caniculaire sur la défaillance hydraulique et la mortalité des arbres afin de valider les prédictions du modèle SurEau. Cela nécessitera le paramétrage d'un modèle 3D explicite de la température des feuilles combinant à la fois le refroidissement des feuilles par la chaleur latente et leur échauffement par effet radiatif. Enfin, nous couplerons le modèle SurEau à des modèles des flux forestiers afin de prédire le risque de mortalité des arbres sur des sites ICOS-France. Les risques futurs de mortalité causés par les sécheresses caniculaires seront prédits pour ces peuplements selon plusieurs scénarios climatiques. Un consortium de chercheurs associant écophysiologistes, biomoléculaires, chimistes, physiciens et modélisateurs assurera le succès du projet.
La contribution principale de notre projet consistera à faire progresser notre compréhension de la résistance des arbres aux épisodes de sécheresse caniculaires. Nous proposerons de nouveaux traits physiologiques clés, de nouveaux outils de phénotypage et des gènes putatifs qui aideront les sélectionneurs dans leur criblage de génotypes mieux adaptés aux conditions climatiques futures. Les livrables du projet consisteront en une liste d'espèces et de provenances de hêtres et de sapins potentiellement plus performantes dans des conditions de sécheresse élevée. Enfin, nous améliorerons les modèles de fonctionnement des écosystèmes utilisés pour évaluer les impacts du changement climatique sur les forêts en incluant les processus de dessiccation liés aux sécheresses caniculaires.