Les traits foliaires (composition chimique et propriétés spectrales) nous renseignent-ils sur le type de partenaire mycorhizien ? (OT120)

Les traits foliaires (composition chimique et propriétés spectrales) nous renseignent-ils sur le type de partenaire mycorhizien ? (OT120)

Informations clés

Établissement : Université de Bordeaux - École doctorale Sciences et environnements - Spécialité Biogéochimie et écosystèmes

Equipe : ECOFUN - Relations hydriques et fonctionnement des écosystèmes

Unité de recherche : ISPA - Interaction Sol-Plante-Atmosphère

Directeur de la thèse Lisa WINGATE  

Financement

Contrat doctoral Université de Bordeaux

Début de la thèse le 1 octobre 2019

Date limite de candidature 29 mai 2019

Profil et compétences recherchées

Compétences requises: manipulation de gros jeux de données (programmation R, Python ou similaire); analyses spatiales (SIG); fait preuve d'excellentes compétences en communication orale et écrite.

Compétences souhaitées:

expérience de laboratoire en chimie; expérience en laboratoire ou sur le terrain dans l'acquisition et le traitement de données spectrales; expérience du travail de terrain (relevés de données); expérience du travail en équipe.

Niveau d'anglais requis: Intermédiaire supérieur: Vous pouvez utiliser la langue de manière efficace et vous exprimer précisément.

Présentation détaillée du projet doctoral

Avec l’augmentation du CO2 atmosphérique, de nombreux écosystèmes allouent plus de carbone (C) dans la biomasse tandis que d’autres ont une réponse limitée. Des études suggèrent que les écosystèmes tempérés dominés par des plantes associées à des ectomycorhizes (EM) seraient plus aptes à stocker du C dans leur biomasse en réponse à une augmentation de CO2 que les écosystèmes dominés par plantes associées à des mycorhizes arbusculaires (AM) (Ellsworth et al., 2017; Norby et al., 2017; Terrer et al., 2016). Cependant, cartographier les associations mycorhiziennes à large échelle reste un défi majeur pour modéliser la dynamique du système Terre. Dans ce contexte, il apparait de plus en plus évident que les associations mycorhiziennes sont des ‘traits intégrateurs’ des membres des communautés souterraines et aériennes et de leurs fonctions (Austin et al., 2014; Fisher et al., 2016; Lin et al., 2016). Par exemple, les indices de réflectance spectrale de la végétation acquis par télédétection sont fortement corrélés aux associations mycorhiziennes et peuvent être utilisés pour distinguer une parcelle de forêt dominée par des AM d’une autre dominée par des EM (Fisher et al., 2016). Cependant, la stabilité de ces traits foliaires spectraux et phénologiques face à une augmentation de la température, de la sécheresse, de la concentration en CO2 est encore incertaine au même titre que les mécanismes sous-jacents. L’objectif principal de cette étude sera (a) d’examiner les liens entre la composition chimique des feuilles, leurs phénologies et leurs propriétés spectrales parmi des espèces tempérées ainsi que (b) de comprendre comment ces traits foliaires sont reliés à des relations spécifiques entre une espèce de plante et son partenaire mycorhizien. Le(la) doctorant(e) étudiera également comment les changements environnementaux, notamment la concentrations en CO2 atmosphérique, pourraient changer ces relations entre traits foliaires et partenaire mycorhizien. Il (elle) explorera la pertinence de l’utilisation de ces résultats spectraux pour tracer les changements dans les fonctions des communautés végétales à grande échelle dans un contexte de changement global.

Tâche 1. Etudier le lien entre la réflectance spectrale de la feuille, la couleur de la feuille et l’association mycorrhyzienne à travers le règne végétal.

La capacité à synthétiser certains métabolites secondaires comme les tanins suit une distribution systématique au sein des angiospermes, avec d’importantes espèces AM qui présentent des teneurs en tanins et lignines beaucoup plus faibles que les plantes EM (Harrison, 1971; Kubitzki and Gottlieb, 1984; Lin et al., 2016; Mole, 1993). De plus, les teneurs en silicium peuvent aussi varier selon les associations végétales mycorrhiziennes. De nombreuses études ont observé un compromis structurel entre le rapport des teneurs silicium:lignine dans les feuilles (Cooke and Leishman, 2012; Klotzbücher et al., 2017; Saihanna et al., 2018). Puisque la lignine est une molécule secondaire très complexe difficile à dégrader, les plantes s’associant avec les champignons EM produisent généralement des enzymes qui dégradent la litière riche en lignine tandis que les AM associées aux plantes peuvent parfois opter pour d’autres options chimiques afin de renforcer la structure et la défense de la plante. Cependant, il n’a jamais été testé si ce compromis structurel était lié ou non aux associations mycorrhiziennes. Le (la) doctorant(e) testera les hypothèses suivantes:

  • H1: Les compositions foliaires en tanins et phénols sont plus élevées dans les feuilles des plantes qui sont en association avec les champignons ectomycorrhiziens (EM) en comparaison de celles en association avec les champignons mycorrhiziens arbusculaires (AM) ;
  • H2: Les différences de compositions en tanins entre les espèces AM et EM sont maintenues au cours de la période de croissance et ;
  • H3: Les compositions foliaires en tanins sont plus importantes dans les feuilles des plantes qui sont associées avec les AM par rapport à celles associées aux champignons EM.

Tâche 2. Etude de la relation entre la réflectance spectrale des feuilles, la couleur des feuilles et l’association mycorrizienne au sein du règne végétal.

Les tanins reflètent les longueurs d’onde dans une région spectrale ‘marron’ ([800 nm] Ferwerda et al., 2006; [675-710 nm] Lehmann et al., 2015). Puisque différentes espèces au sein du règne végétal synthétisent les tanins à des degrés divers, la réflectance spectrale des feuilles devrait également varier systématiquement dans certaines longeurs d’onde, étant donné les teneurs en tanin qui diffèrent entre les espèces. Le (la) doctorant(e) testera les hypothèses suivantes:

  • H4: Les fluctuations de concentrations en tanin varient systématiquement avec la réflectance dans les longueurs d’onde ‘marrons’ ;
  • H5: Les feuilles en provenance des plantes associées aux champignons AM et EM vont produire des signaux spectraux différents, particulièrement dans les régions ‘marrons’ du spectre ;
  • H6: Les différences dans les signaux spectraux des plantes associées aux champignons AM et EM sont persistantes pendant la saison de croissance :
  • H7: Les différences dans les signaux spectraux des plantes associées aux champignons AM et EM sont persistantes entre les différents jardins communs.

Tâche 3 : Etude de la relation entre la réflectance spectrale foliaire, la couleur de la feuille et l’augmentation des concentrations de CO2 atmosphérique

Les études des effets du CO2 élevé sur les plantes indiquent que dès le début d’une élévation des concentrations en CO2 atmosphériques, les rapports C:N des feuilles ainsi que les teneurs en lignine et tanins augmentent (Gifford et al., 2000; Gill et al., 2002; Niklaus et al., 2003; Poorter et al., 2005). Deux conséquences émanent de cela : la litière et feuilles devient plus difficile à dégrader, favorisant ainsi la croissance le champignons EM, et les plantes sont davantage protégées de l’augmentation de l’herbivorie des insectes prédite avec l’augmentation de la concentration du CO2 (Currano et al., 2008; DeLucia et al., 2008). De tels changements chimiques induits par les variations de concentrations en CO2 peuvent également causer des changements de couleurs des feuilles et de propriétés spectrales.

Le (la) doctorant(e) testera les hypothèses suivantes:

  • H8: Les concentrations élevées en CO2 entraînent le développement de feuilles davatange ‘marron’ chez les plantes associées aux champignons EM que chez les plantes associées aux champignons AM exposées aux mêmes concentrations en CO2 ;
  • H9: L’intensité du signal spectral ‘marron’ est corrélée à la nature fraîche ou sèche des échantlions et ;
  • H10: L’effet de la durée de conservation des échantillons séchés n’a pas d’impact significatif sur la détection du signal spectral ‘marron’.

Tâche 4. Investiguer les relations entre la réflectance spectrale des feuilles et leurs phénologies en fonction de la distribution des mycorhizes à grande échelle

Des études récentes ont montré que des variations dans le couvert forestier constitué à la fois d’espèce de plantes associées à des EM et AM peuvent être distingués à distance en utilisant les produits spectraux de LANDSAT (Fisher et al., 2016). A ce jour, les contrôles de ces signaux et leurs éventuelles évolutions dans le futur ne sont pas clairement établis. Cette tâche testera les hypothèses suivantes:

  • H11: L’intensité du signal spectral ‘brun’ est corrélé avec l’intensité du signal NDVI via les traits foliaires chimiques associés aux mycorhizes ;
  • H12: Les variations saisonnières du signal NDVI sont liées aux différences de phénologie des plantes associées aux AM et EM;
  • H13: La variabilité des forets dominées par AM et EM peut être distinguée à l’échelle du paysage français;
  • H14: La variabilité long terme inter-annuelle du signal NDVI diffère plus à l’échelle du paysage dans les peuplements végétaux avec des espèces qui synthétisent des tanins.

Thématiques Domaine Contexte

Changement global et macroécologie

Objectif et contexte

L’objectif principal de cette étude sera (a) d’examiner les liens entre la composition chimique des feuilles, leurs phénologies et leurs propriétés spectrales parmi des espèces tempérées ainsi que (b) de comprendre comment ces traits foliaires sont reliés à des relations spécifiques entre une espèce de plante et son partenaire mycorhizien. Le(la) doctorant(e) étudiera également comment les changements environnementaux, notamment la concentrations en CO2 atmosphérique, pourraient changer ces relations entre traits foliaires et partenaire mycorhizien. Il (elle) explorera la pertinence de l’utilisation de ces résultats spectraux pour tracer les changements dans les fonctions des communautés végétales à grande échelle dans un contexte de changement global.

Ce projet fournira les bases nécessaires à l’étude du changement des espèces souterraines et aériennes ainsi que des fonctions des écosystèmes forestiers à large échelle en réponse à des changements de la composition atmosphérique et du climat.

Une meilleure compréhension de la manière dont les propriétés chimiques des feuilles sont liées à la composition de la communauté souterraine sera obtenue. En outre, un pont entre les caractéristiques chimiques et spectrales de la feuille sera développé afin de développer des outils permettant d'identifier la distribution spatiale d'associations mycorhiziennes à l'aide de produits de télédétection.

Objectifs de valorisation des travaux de recherche du doctorant : diffusion, publication et confidentialité, droit à la propriété intellectuelle,...

Diffusion à des conférences internationales. Publications dans des journaux à comité de lecture. Aucune clause de confidentialité.

Collaborations envisagées

Pour plus d’informations et candidature sur :

https://www.adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?langue=fr&site=ed_se&matricule_prop=23575

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