Capacité d'adaptation au changement climatique chez l'espèce en coussin à longue durée de vie Lyallia kerguelensis, endémique des îles subantarctiques de Kerguelen

Adaptive capacity to climate change in the long-lived endemic cushion plant species Lyallia kerguelensis from the sub-Antarctic Kerguelen Islands

• Auteur / Autrice : Lorène Marchand
• Direction : Françoise Hennion, Michèle Tarayre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie, évolution
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecosystèmes, Biodiversité, Evolution (Rennes ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Vandenkoornhuyse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Bonis, Ivan Nijs, Stéphane Maury
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Irène Till-Bottraud, Peter Le Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Changements climatiques

Plantes -- Expression génique

Morphologie (biologie)

Kerguelen, Îles (Terres australes et antarctiques françaises)

Adaptation

Plantes en coussin

Mots clés libres

Plante en coussin

Morphologie

Expression des gènes

Rhizomicrobiome

Étendue de nécrose

Changement climatique

Cushion plant

Morphology

Gene expression

Rhizomicrobiome

Necrosis extent

Climate change

Résumé

La capacité d'adaptation des plantes au changement climatique est définie comme l'aptitude d'une espèce ou d'une population à faire face à de nouvelles conditions environnementales et à persister en survivant et en se reproduisant. Les îles Kerguelen, dans la région subantarctique, abritent une espèce endémique à longue durée de vie, Lyallia kerguelensis Hook.f. (Montiaceae). La distribution de la plante est limitée aux fellfields considérés comme une forme d'écosystème de toundra rocheux au climat froid et aux vents forts. Cette plante semblerait mal équipée pour faire face à un changement climatique drastique. Son endémisme strict, sa distribution relativement éparse, sa forme en coussin et l'apparition de nécroses ont conduit à s'interroger sur sa capacité d'adaptation. Nous avons émis l'hypothèse que la réserve de variabilité (de la morphologie, du transcriptome et du rhizomicrobiome du sol) de L. kerguelensis dans des environnements contrastés pourrait fournir des informations sur son adaptation aux environnements hostiles et sur sa réponse possible au changement climatique rapide. En outre, nous avons utilisé des données provenant d'un suivi à long terme du devenir des populations et de leur dynamique morphologique. La morphologie de L. kerguelensis révèle une allométrie et des réponses à la teneur en eau du sol et à l'intensité du vent. Son transcriptome est spécifique à la région avec une expression différentielle des gènes liés aux réponses aux stress abiotiques ou biotiques. Le microbiome des sols des fellfields des îles Kerguelen est spécifique et varie en fonction de la teneur en nutriments du sol. Le rhizomicrobiome a montré une variation similaire alors que sa composition est sous l'influence de L. kerguelensis. La nécrose pourrait être un dommage dû au stress de la sécheresse fortement liée aux rapides réductions de précipitations et au réchauffement climatique et pourrait être aggravée par le stress salin et un changement dans la composition du rhizomicrobiome. Enfin, la croissance de L. kerguelensis est très lente et spécifique de chaque population et sa durée de vie est estimée à plusieurs décennies au moins. Dans le cadre des tendances actuelles du changement climatique aux îles Kerguelen, L. kerguelensis pourrait avoir la capacité de faire face et de s'adapter aux variations environnementales dans une certaine mesure.

The adaptive capacity of plants to climate change is defined as the ability of a species or population to cope with new environmental conditions and persist in surviving and reproducing. The Kerguelen Islands, in the sub-Antarctic region, harbour the long-lived endemic species, Lyallia kerguelensis Hook.f. (Montiaceae). The plant's distribution is restricted to the Island fellfields, regarded as a form of tundra ecosystem of rock with cold climate and strong winds. The plant might seem ill-equipped to face drastic climate change. Its strict endemism, relatively scarce distribution, cushion form and the occurrence of necrosis led to questioning its adaptive capacity. We hypothesized that the pool of variability (of morphology, transcriptome and soil rhizomicrobiome) of L. kerguelensis across contrasted environments might provide insights into its adaptation to harsh environments and its possible response to rapid climate change. In addition, we used data from long-term monitoring of the fate of populations and their morphological dynamics. L. kerguelensis’ morphology reveals allometry and responses to soil water content and wind intensity. Its transcriptome is region-specific with differential expression of genes related to abiotic or biotic stress responses. The microbiome of the Kerguelen Islands’ fellfield soils is specific and varies in relation to the soil nutrient content, and the rhizomicrobiome shows a similar variation while its composition is under the influence of the plant. Necrosis might be drought stress damages strongly related to fast drying and warming climate and might be worsened by salt stress and a shift in rhizomicrobiome composition. Finally, L. kerguelensis growth is very slow and population-specific and its life span is estimated at least several decades. Under current climate change trends in the Kerguelen Islands, L. kerguelensis may have the capacity to cope and change to adjust to environmental variation to a certain extent.