Ecologie et diversité des eSPèces HYPERaccumulatrices: Expression des gènes, Plasticité d’ACcumulation, fitness individuelle, syndromes fonctionnels et Effets de complémentarité – HYPERSPACE

La capacité de certaines plantes à hyperaccumuler des métaux/metalloïdes toxiques dans leurs feuilles est fascinante. Des études ont révélé les bases physiologiques de cette adaptation contre-intuitive : elle nécessite l’absorption active, le transport, la détoxification et le stockage des métaux. De toute évidence, pour que l’hyperaccumulation ait été sélectionnée, les bénéfices en termes d’adaptation doivent surpasser les coûts directs (toxicité) et indirects (machinerie associée). Plusieurs hypothèses existent pour expliquer son importance écologique, notamment une tolérance accrue aux métaux, une défense contre les ennemis et les compétiteurs, ou une meilleure résistance à la sécheresse. Malheureusement, physiologistes et écologues ont principalement travaillé de manière isolée et sur peu d’espèces, limitant ainsi notre compréhension du « POURQUOI » l’hyperaccumulation est apparue au cours de l’évolution. Ici, pour répondre à cette question, nous proposons d’intégrer des études sur l’expression des gènes, l’allocation des métaux, la fitness individuelle, les compromis fonctionnels et les conséquences de l’hyperaccumulation à l’échelle des communautés.
Nous nous demandons d’abord 1) COMMENT les plantes hyperaccumulent les métaux, en utilisant la transcriptomique sur plusieurs espèces hyperaccumulatrices européennes et pour différents métaux, en incluant, pour la première fois, le thallium (Tl). L’expression des gènes impliqués dans des fonctions potentiellement liées à l’hyperaccumulation, telles que la tolérance au stress oxydatif, la défense contre les ennemis, la capacité photosynthétique et la tolérance à la sécheresse, sera également étudiée.
Nous nous interrogeons ensuite sur la possible augmentation de l’hyperaccumulation 2) QUAND certains stimuli spécifiques se produisent (herbivorie, compétition, sécheresse), ce qui suggérerait alors un rôle clé de ces stimuli dans l’évolution de l’hyperaccumulation. La plasticité de réponse aux stimuli sera testée en mesurant l’allocation des métaux aux feuilles et aux racines dans des expériences en serre sur trois espèces hyperaccumulatrices de Ni, Zn, Cd et Tl. Nous examinerons également si une augmentation plastique de l’hyperaccumulation dissuade réellement les herbivores ou crée des effets allélopathiques.
Nous nous demandons ensuite 3) OÙ (sur quels types de sols), POUR QUI (populations avec des capacités d’hyperaccumulation différentes) et dans quelles conditions (herbivorie) les bénéfices surpassent les coûts. Dans des expériences en serre, nous étudierons simultanément l’hyperaccumulation et la tolérance aux métaux présents dans les sols, ainsi que le résultat net sur la reproduction. Nous évaluerons également comment l’équilibre entre les bénéfices et les coûts évolue en présence d’herbivores.
Dans un objectif de généralisation, nous 4) utiliserons des études multi-espèces pour comparer les traits fonctionnels des hyperaccumulateurs à ceux des espèces coexistantes non accumulatrices. Autrement dit, nous nous demanderons QUI peut relever le défi de l’hyperaccumulation. Par exemple, des espèces à stratégie « acquisitive », avec des activités photosynthétiques et métaboliques élevées, pourraient mieux supporter cette adaptation coûteuse. Les stratégies écologiques seront étudiées à travers la mesure de traits fonctionnels sur 80 espèces hyperaccumulatrices (~10 % des hyperaccumulateurs connus dans le monde) et des espèces coexistantes, à travers divers biomes et pour divers métaux(loïdes) (Ni, Zn, Cd, Tl, Se).
Enfin, nous 5) transposerons nos résultats à l’échelle des communautés. Nous testerons les effets de complémentarité lorsque des espèces hyperaccumulatrices se développent AVEC d’autres hyperaccumulateurs. Nous utiliserons des expériences en rhizotron (interactions fines des racines) et en mésocosmes (autres interactions) pour mieux comprendre les conséquences à l’échelles des communautés et explorer des approches efficaces de phytoremédiation des sols contaminés.