Analyse et modélisation des réactions gravi- et phototropiques chez les arbres – TROPIC

-Construction d'un dispositif original d’éclairement isotrope pour décorréler les réactions gravitropiques et phototropiques.
- Etude des réactions tropiques par l'étude des mouvements des troncs et des réponses moléculaires par des méthodes récentes (microARN, degradome, phosphoprotéomique)
-Méthode originale de reconstruction des mouvements gravitropiques à partir de la quantification du bois de réaction et des mesures géométrique et de masse d'arbre adultes débités en tronçons.

Les expérimentations en conditions contrôlées ont permis:
- de conclure à une additivité des réponses gravi et phototropiques (mouvements) chez le peuplier.
- les peupliers et les chênes ont des sensibilités différentes aux signaux gravi et phototropiques.
- d’isoler des gènes spécifiquement impliqués dans le gravitropisme
Un modèle a été établi pour simuler la perception du gravi et du phototropisme et révèle que qu’il faut une perception de l’inclinaison mais aussi de la courbure.

Les perspectives du projet seront définies à la fin de l’année 2014.

Une partie des premiers résultats ont donné lieu à la participation à l’écriture de deux chapitres d’ouvrage sur le bois de tension, l’autre partie des premiers résultats sont en cours de rédaction pour des journaux scientifiques à comité de lecture.

Les scénarii des changements climatiques prévoient une augmentation de la fréquence et de l’amplitude des tempêtes qui dévastent les peuplements forestiers. Dans ce contexte et le souci actuel de la préservation de l’environnement, la filière forestière s’oriente vers une gestion en forêts mixtes et hétérogènes en utilisant la régénération naturelle plutôt que la plantation en peuplements monospécifiques équiennes, moins résistants. Dans les peuplements équiennes monospécifiques l’environnement lumineux des arbres est régulier et déterminé par les arbres voisins. Les grumes issues de ces peuplements sont droites. En peuplement mixtes et irréguliers, l’environnement lumineux des arbres individuels est beaucoup plus irrégulier d’un point de vue spatio-temporel: les arbres voisins ne sont pas nécessairement de la même taille ni de la même essence, le milieu lumineux assez isotrope dans les premiers stades phénologiques des arbres, devient de plus en plus anisotrope pendant le déploiement spatial des arbres dans la canopée. L’anisotropie est renforcée lors d’ouverture de la canopée (prélèvement d’un ou plusieurs arbres adultes pour la production de bois). Cette hétérogénéité du milieu lumineux conduit à des mouvements phototropiques entrainant eux-mêmes des réactions gravitropiques. Ces deux processus ont des conséquences néfastes sur la forme des grumes et entrainent la formation de bois de réaction qui affecte la qualité du bois. Il apparait donc important d’évaluer l’importance des phénomènes tropiques en forêts hétérogènes. Le projet TROPIC a pour but d’étudier les processus photo et gravitropiques et leurs interactions par une approche pluridisciplinaire afin de caractériser, quantifier et modéliser leurs contributions dans l’acquisition de la forme des arbres dans le contexte des forêts mixtes et irrégulières.
La majorité des études des tropismes ont été réalisées sur de jeunes organes en croissance primaire où le processus moteurs des mouvements tropiques est la croissance différentielle Seules quelques études conduites sur herbacées ont établi des relations entre les stimuli gravité et lumière et les réponses tropiques. Il y a peu d’études sur les ligneux où la formation de bois de réaction est un processus fondamental des tropismes. A notre connaissance aucune étude sur ligneux n’établit de liens quantitatifs entre stimulus et réponse : la prédiction des mouvements tropiques est donc difficile. Le projet TROPIC se propose, dans un premier temps, de conduire une étude des réactions tropiques et des voies de signalisation impliquées en conditions contrôlées. Afin de décorréler les réponses gravi et phototropiques pour pouvoir apprécier leurs contributions relatives, l’étude utilisera des dispositifs d’éclairement anisotrope et un dispositif d’éclairement isotrope innovant combinés à l’inclinaison des arbres. Ces études comprendront une analyse des réponses rapides liées aux étapes de perception-transduction des signaux à l’échelle moléculaire sur peuplier, plante ligneuse modèle. Cette analyse des réponses rapides vise à établir les voies de signalisation impliquées dans le photo- et le gravitropisme et à étudier la régulation des acteurs moléculaires impliqués par la lumière et la gravité. Une analyse des réponses à plus long terme sera également conduite à l’échelle plante entière en conditions contrôlées dans le but d’établir le degré de généricité des mouvements tropiques entre le peuplier et deux essences forestières et d’établir des courbes dose-réponse entre les réactions des arbres et les stimuli gravité et lumière.
Dans un second temps, le projet vise à intégrer les résultats établis en conditions contrôlées. A cette fin des modèles existants des réactions gravitropiques seront enrichis avec le processus phototropique. Les simulations issues de ces modèles seront comparées aux réactions tropiques qui seront mesurées en conditions naturelles dans le cas du hêtre et du chêne en sous-bois de forêts mélangées.