Interactions entre les chênes et la chenille processionnaire du chêne, Thaumetopoea processionea L. : de l’arbre à la forêt

Interactions between oaks and the oak processionary moth, Thaumetopoea processionea L . : from trees to forest

• Auteur / Autrice : Thomas Damestoy
• Direction : Bastien Castagneyrol, Christophe Plomion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie évolutive, fonctionnelle et des communautés
• Date : Soutenance le 15/11/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIOdiversité, GEnes et Communautés (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Denis Thiéry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bastien Castagneyrol, Manuela Branco, Daniel Kneeshaw
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Manuela Branco, Daniel Kneeshaw

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance aux insectes

Chênes

Processionnaire du chêne

Mots clés libres

Thaumetopoea processionea

Quercus

Biodiversité

Génétique

Traits foliaires

Interactions plantes-Insectes

Thaumetopoea processionea

Quercus

Biodiversity

Genetics

Leaf traits

Plant-Insect interactions

Résumé

Les forêts fournissent de nombreux services écosystémiques qui peuvent être compromis par les insectes. Le maintien de la santé des forêts est un enjeu majeur de la gestion forestière qui nécessite l’acquisition de connaissances sur les interactions arbres-ravageurs. Dans ce contexte, nous nous sommes focalisés sur la question de la résistance des chênes à un ravageur, la chenille processionnaire du chêne (CPC).La CPC est un herbivore spécialiste des chênes décidus en Europe. Elle est responsable de fortes défoliations, en plus de graves urtications chez les usagers de la forêt. Au travers d’une série d’observations et d’expériences menées à plusieurs niveaux d’intégration (de l’arbre jusqu’à la forêt), nous nous sommes intéressés à la réponse de la CPC à différents facteurs écologiques intervenant dans la résistance des arbres : la composition du peuplement, le voisinage et les traits foliaires liés à la défense.La résistance des arbres aux herbivores est influencée par la composition des forêts. Pour une espèce donnée, les arbres subissent en général moins d’attaques dans les mélanges que dans les peuplements purs (résistance par association). Nous avons testé l’effet des associations entre espèces d’arbres sur la résistance des chênes à la CPC, en comparant l’abondance des adultes et les dégâts des larves sur le chêne pédonculé (Quercus robur) et le chêne sessile (Q.petraea) dans des peuplements purs ou mélangés. Nous avons exploré les mécanismes sous-jacents, en recherchant les traits foliaires des chênes impliqués dans la variabilité des performances de la CPC. Enfin, nous nous sommes interrogés sur les causes génétiques et environnementales de la variabilité interindividuelle dans l’expression de ces traits.Premièrement, nous avons mis en évidence une plus grande susceptibilité de Q.petraea, caractérisée par une plus grande attractivité de Q.petraea pour les papillons de CPC, un niveau de défoliation plus élevé et une plus grande survie et prise de poids des larves sur cette essence. Nous avons aussi mis en évidence une plus grande susceptibilité des chênes dans les peuplements purs par rapport aux peuplements mélangés, en particulier ceux associant un chêne à une autre essence non hôte. Ensuite, nous avons étudié les mécanismes conférant une plus grande résistance à Q.robur et aux peuplements mélangés, en mesurant les traits foliaires (les défenses chimiques et la phénologie). La synchronisation entre le développement des feuilles et celui des larves est apparue comme un facteur clé déterminant les performances de la CPC. La concentration des défenses chimiques dans les feuilles était positivement corrélée au taux de consommation des feuilles par les chenilles, suggérant une compensation alimentaire pour maintenir la croissance sur les feuilles les plus défendues. Nous avons montré que l’expression de ces traits était influencée par l’identité des voisins. Enfin, chez Q.robur, nous avons montré l’existence d’un contrôle génétique de l’arbre sur les performances des chenilles.L’ensemble des résultats permet de mieux comprendre les processus impliqués dans l’effet du mélange d’essences sur les dégâts d’insectes et apporte des éléments permettant d’orienter la gestion des peuplements de chênes pour une meilleure résistance à la CPC. Au vu de ces résultats, il semblerait préférable de favoriser Q.robur pour sa moindre attractivité et sa plus grande résistance à la CPC. Cette proposition va toutefois à l’encontre des préconisations d’utilisation de Q.petraea pour adapter les chênaies au risque de déficit hydrique et ne fait que rajouter un élément de complexité à la gestion de la résistance des forêts face à des perturbations multiples en interaction. A l’aune de la mise en évidence de l’effet du génotype de l’arbre et de ses traits foliaires dans le développement de la CPC, la caractérisation des gènes et des molécules de défenses impliquées reste un champ de recherche quasi inexplorée, qu’il conviendra de défricher.

Forest ecosystems provide a series of ecosystem services that can be threatened by pest insects. Maintaining forest health is therefore a major challenge of forest management that requires a sound understanding of tree-pest interactions. In this context, we investigated oak resistance (and its drivers) to a pest insect, the oak processionary moth (OPM), Thaumetopoea processionea.The OPM is a specialist herbivore feeding on oaks in Europe. It is responsible for significant defoliation, in addition to serious urtication in forest users and practitioners. Through a series of observations and experiments carried out at several levels of integration (from tree to forest stand levels), we investigated the response of this insect to various ecological factors involved in oak resistance: forest stand species composition, tree neighbourhood effects and leaf traits potentially associated with defence.Forest species composition has well documented effects on tree resistance to herbivores. For a given species, trees are generally less attacked in mixtures than in pure stands (i.e. associational resistance). But the opposite - associational susceptibility - also exists. We tested whether tree species diversity generated associational resistance to OPM, by comparing abundance and damage on the pedunculate (Quercus robur) and sessile oaks (Q. petraea) in pure and mixed stands. We also investigated the underlying mechanisms, by characterizing the leaf traits involved in the variability of OPM performance. Finally, we focused on the genetic and environmental causes of inter-individual variability in the expression of these traits.First, we found that Q. petraea was generally more susceptible to the OPM than Q. robur. Stands dominated by Q. petraea attracted more OPM moths, Q. petraea suffered more defoliation, and OPM larvae had greater survival and weight gain on this species. We also found greater susceptibility of both oak species in pure stands as compared to mixed stands, particularly those associating an oak with another non-host species. Second, we investigated the mechanisms conferring greater resistance to Q. robur and to mixed stands by quantifying leaf chemical and developmental traits involved in oak-OPM interactions. The synchronization between leaf development and larval development also appeared to be a key factor determining the OPM performance. The concentration of leaf chemical defences was positively correlated with OPM consumption rate, suggesting a compensatory feeding response to maintain OPM growth rate on well-defended leaves. Leaf traits involved in oak-OPM interactions were partially determined by the identity of oak neighbours. Third, we found evidence that OPM performance was partially under the genetic control of their host trees in Q. robur.Overall, these results built toward a better understanding of the processes involved in the effect of tree species mixture on the damage caused by pest insects and provide new avenues to guide oak stand management for improved resistance to OPM. Based on the results of this study, it would seem preferable to favour Q. robur in oak stands because it is less attractive and more resistant to OPM attacks, both in the field and in the laboratory. However, this statement goes against current recommendations to use Q. petraea to adapt the oak to the increased risk of water deficit and therefore adds to complexity of managing forests for resistance to multiple-interacting stresses.