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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR EEF - Ecologie et Ecophysiologie Forestières

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Propositions de thèses

Impact de l’ozone et de la sécheresse sur l’allocation du carbone chez le peuplier : conséquences pour la croissance et la production de biomasse ligneuse

Recherche candidat(e) pour thèse. (début avril 2017)
Co-financement Labex ARBRE-région Grand Est.
Contacter d’urgence :
Directeur de thèse :
Yves JOLIVET, UMR EEF, Nancy
yves.jolivet@univ-lorraine.fr
Co-référent : Pierre Vollenweider, WSL, Birmensdorf ; pierre.vollenweider@wsl.ch
Titre : Impact de l’ozone et de la sécheresse sur l’allocation du carbone chez le
peuplier : conséquences pour la croissance et la production de biomasse ligneuse
Laboratoires d'accueil:
UMR EEF INRA-UL, Nancy, France (Directeur JM Guehl)
Research Unit Forest Dynamics, WSL, Birmensdorf, Suisse (Directeur Andreas Rigling)
Le travail du doctorant sera partagé entre l’UMR EEF (Nancy) et le WSL
(Birmensdorf)
Exposé du sujet proposé :
Les nouvelles directives européennes (2009/28/CE) fixent l’objectif d’atteindre, d’ici 2020, 20% de la part des
énergies issues de ressources renouvelables, poussant à développer des alternatives viables à l’utilisation
d’énergies fossiles. Dans ce contexte, les plantations intensives d’arbres vouées à la production de
biomasse ligneuse, recueillent un intérêt croissant. De par sa croissance rapide et sa forte productivité, le
peuplier occupe une place centrale dans ces plantations et constitue le principal modèle d’étude au sein de
la littérature. En revanche, l’impact des contraintes abiotiques sur la croissance et sur le rendement de
biomasse de ces arbres est rarement considéré dans ce contexte. Parmi ces contraintes, les épisodes de
pollution à l’ozone (O3), principal polluant phytotoxique secondaire, et l’intensification des épisodes de
sécheresse due aux changements climatiques sont deux facteurs bien connus pour réduire la croissance et
la productivité des végétaux (Wittig et al. 2009, Bréda et al. 2006). Au niveau foliaire, ces stress diminuent
l’activité photosynthétique et consomment en partie le carbone fixé dans des mécanismes de défense
entrainant une baisse d’allocation vers la croissance et la biomasse (Jolivet et al. 2016).
Pour mieux estimer les pertes économiques que peuvent entraîner ces contraintes, différents indicateurs de
seuil de risque ont été élaborés, notamment en prenant en compte le flux d’ozone entrant dans la feuille.
Cependant ces indicateurs ne sont pas satisfaisants car ils ne tiennent pas compte des mécanismes de
défense mis en place pour lutter contre les dommages occasionnés par le stress oxydant. L’une des
principales lacunes concerne la séquence temporelle et spatiale des événements depuis l'entrée de l’ozone
dans la feuille jusqu’à l’apparition des symptômes (chlorose , nécroses…), laquelle est conditionnée par les
processus de détoxication foliaire (Dghim et al. 2013 ; Dumont et al. 2014). Ces symptômes culminent dans
les feuilles âgées les plus exposées à la lumière et ils sont associés à un grand nombre de modifications
structurales dans plusieurs compartiments cellulaires, particulièrement ceux enclins au stress oxydant
(Cabané et al. 2012; Günthardt and Vollenweider 2007; Vollenweider et al. 2013).
Le projet se donne donc comme ambition de développer une approche mécanistique innovante et intégrative
concernant la dynamique des processus cellulaires conduisant à des symptômes foliaires visibles en
réponse à une contrainte oxydante, notamment générée par l’O3. Il s’intéresse également aux conséquences
du développement de ces nécroses sur l’allocation du carbone et aux répercussions sur l’accroissement de
biomasse. L’étude des interactions entre diverses contraintes oxydantes (O3 et sécheresse) est également
envisagée.
Les questions de recherche posées au doctorant sont :
1. Lors du développement des symptômes foliaires en réponse à l’ O3, quels sont les liens entre les
modifications structurales et histochimiques et le métabolisme cellulaire?
2. Quel est l’impact de la détoxication du stress oxydant sur l’utilisation du carbone dans la plante?
3. Dans quelle mesure les processus étudiés au niveau foliaire en réponse à des interactions de
contraintes O3-sécheresse se répercutent-ils à l’échelle de l’arbre entier et impactent la croissance
du plant ?
Pour répondre à ces questions, le doctorant sera amené à utiliser des techniques variées telles que la
microscopie, l’analyse RNAseq, les dosages de métabolites, les mesures d’échanges gazeux et le
marquage au 13C.
2
Références :
Bréda N, Huc R, Granier A, Dreyer E (2006). Temperate forest trees and stands under severe drought: a review of ecophysiological
responses, adaptation processes and long-term consequences. Ann. For. Sci., 63(6), 625-644.
Cabané M, Afif D, Hawkins S (2012) Lignins and abiotic stresses. Adv Bot Res 61: 219-262. doi:0.1016/B978-0-12-416023-1.00007-0
Dghim, A.A., Dumont, J., Hasenfratz-Sauder, M.P., Dizengremel, P., Le Thiec, D., Jolivet, Y. (2013) Capacity for NADPH regeneration
in the leaves of two poplar genotypes differing in ozone sensitivity. Physiol Plant 148 (1):36-50.
Dumont J, Keski-Saari S, Keinanen M, Cohen D, Ningre N, Kontunen-Soppela S, Baldet P, Gibon Y, Dizengremel P, Vaultier M-N,
Jolivet Y, Oksanen E, Le Thiec D (2014) Ozone affects ascorbate and glutathione biosynthesis as well as amino acid contents in
three Euramerican poplar genotypes. Tree Physiol 34 (3): 253-266. doi:10.1093/treephys/tpu004
Günthardt-Goerg MS, Vollenweider P (2007) Linking stress with macroscopic and microscopic leaf response in trees: New diagnostic
perspectives. Environ Pollut 147: 467-488.
Jolivet Y., Bagard M., Cabané M., Vaultier MN, Gandin A, Afif D, Dizengremel P, Le Thiec D (2016) Deciphering the ozone-induced
changes in cellular processes: a prerequisite for ozone risk assessment at the tree and forest levels. Annals of Forest Science,
accepted. doi:10.1007/s13595-016-0580-3
Vollenweider P, Fenn M E, Menard T, Günthardt-Goerg M, Bytnerowicz A (2013) Structural injury underlying mottling in ponderosa pine
needles exposed to ambient ozone concentrations in the San Bernardino Mountains near Los Angeles, California. Trees 27: 895-
911.
Wittig, V. E., Ainsworth, E. A., Naidu, S. L., Karnosky, D. F., Long, S. P. (2009). Quantifying the impact of current and future
tropospheric ozone on tree biomass, growth, physiology and biochemistry: a quantitative meta analysis. Global Change Biology,
15(2), 396-424.