Résistance à la cavitation : des mécanismes physiologiques à la génétique évolutive : de la bulle aux gènes

Resistance to cavitation : from physiological mechanisms to evolutionary quantitative genetic : from the bubble to genes

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Lamy
• Direction : Christophe Plomion, Sylvain Delzon, Hervé Cochard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie évolutive, fonctionnelle et des communautés
• Date : Soutenance le 13/03/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIOdiversité, GEnes et Communautés (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Kremer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Simmonneau, Ophélie Ronce
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Christophe Domec, Santiago C. González Martínez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité

Phénotype

Variabilité génétique

Génétique de l'évolution

Génétique quantitative

Cavitation

Taxodiacées

Résistance à la sécheresse

Pinacées

Mots clés libres

Tolerance à la sécheresse

Résistance à la cavitation

Génétique quantitative evolutive

Hydraulique de l'arbre

Variation génétique

Plasticité phenotypique

Nanopore

Drought tolerance

Resistance to cavitation

Evolutionary quantitative genetics

Hydraulique de l'arbre

Genetic variation

Phenotypique plasticity

Pori in tori

Résumé

Force est de constater que les dépérissements forestiers augmentent. Ces observations vont de pairs avec l’accroissement des événements climatiques extrêmes. Aussi dans ce contexte, il est nécessaire d’identifier denouveaux caractères de resistance à la sécheresse. La résistance à la cavitation est actuellement le meilleurmarqueur de la survie d’une espèce à la sécheresse.Cette thèse avait deux objectifs : (i) comprendre le mécanisme de propagation de la cavitation dans le xylèmechez les gymnospermes. (ii) Quantifier la variation phénotypique in situ de ce caractère chez Pinus pinaster ainsique (iii) quantifier la variation génétique, et sa plasticité phénotypique.La démarché a été la suivante (i) une étude interspécifique de la résistance à la cavitation a été couplé à desmesures micro-anatomiques. (ii) Pour le volet intraspécifique, nous avons phénotypé 6 populations dans deuxtest de populations-descendances, ainsi qu’en population naturelles in situ.La propagation de l’embolie chez les Pinaceae et les ex-Taxodiaceae pourrait être due au passage du germe d’air(rupture capillaire) à travers des nanopores dans le torus. En effet, la pression de rupture d’un ménisque air-sèveest corrélée à l’entrée de l’air dans le xylème (P12). Alors que la variation interspécifique est grande, la résistanceà la cavitation varie faiblement au sein d’une espèce. Ainsi les populations provenant de climat contrasté neprésentent pas ou peu de différence génétique (en test de provenance) ou en populations naturelles in situ. Cecaractère présente une plasticité phénotypique mais faible comparée à celle de la croissance en hauteur parexemple. La comparaison entre la variation génétique entre populations et la variation des marqueurs neutresentre ces mêmes populations montrent que la variation de ce caractère semble réduite par l’architecturegénétique sous-jacente. La resistance à la cavitation est vraisemblablement un trait canalisé.

Several review reported global forest die-back that are caused, directly or indirectly, by extreme climatic events(like heat waves or prolonged drought). In this context, there is an urgent need to identify new traits to tracedrought tolerance. Resistance to cavitation is one of the best proxy for survival during extreme drought.The aim of this work was (i) to understand how spreads cavitation in the vascular pathway of gymnosperms (ii)to quantify the phenotypic variation of resistance to cavitation for Pinus pinaster species, (iii) to determine theamount of the genetic variation and phenotypic plasticity available for this trait.A micro-anatomy study was coupled to measurement of resistance to cavitation for various species to foundwhere air-seeding occurs in the bordered pit. To quantify the variability of resistance to cavitation, wephenotyped 506 genotypes using to replicated provenance-progeny trials and on natural in situ populations.The spread of embolism for Pinaceae and ex-Taxodiaceae could be due to minute pore in tori, which are remainsof secondary plasmodesmata. We found that the pressure needed to break a water/air meniscus in these minutepores is correlated with the xylem air entry (P12). Despite the great variability of resistance to cavitation betweenspecies, we found low variability within species. Most of the variability is within population, rather than betweenpopulations. The phenotypic plasticity of resistance to cavitation is low compare to growth traits. Comparisonbetween QST and FST shows that populations exhibit less variation compare to what it is expected under geneticdrift. The variation of resistance to cavitation seems to be narrowed by the genetic architecture, which is the signof canalisation.