Interactions intraspécifiques chez Populus nigra L. en contexte riverain : rôle de la sélection de parentèle au stade pionnier

Intraspecific interactions in Populus nigra L. in a riparian context : role of kin selection at the pioneer stage

• Auteur / Autrice : Lucas Mazal
• Direction : Irène Till-Bottraud, Dov Corenblit, Boris Fumanal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie
• Date : Soutenance le 02/12/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des lettres, sciences humaines et sociales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Géographie Physique et Environnementale
• Jury : Président / Présidente : Jacqui Shykoff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Sara Puijalon, Fabrice Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Niche écologique

Plantes -- Adaptation

Plantes des cours d'eau

Arbres -- Plants

Effets du climat

Cartes de végétation

Sélection de la parentèle

Cours d'eau -- Europe

Allier (France ; cours d'eau)

Peupliers

Mots clés libres

Populus nigra

Construction de niche

Facilitation

Interactions plante-plante

Coopération

Reconnaissance et sélection de parentèle

Structure génétique spatiale

Capacité de compétition

Variation intraspécifique

Populus nigra

Niche construction

Facilitation

Plant-plant interactions

Cooperation

Kin recognition and selection

Spatial genetic structure

Competitive ability

Intraspecific variation

Résumé

Le Peuplier noir (Populus nigra) est une espèce pionnière des cours d’Europe qui colonise les bancs alluviaux en très forte densité d’individus. Dans ces conditions, l’interaction principale entre les jeunes individus devrait être a priori la compétition. Pourtant, on constate que les Peupliers noirs, en modifiant leur environnement en forte densité par un processus de construction de niche, bénéficient d’une meilleure survie grâce à la réduction des contraintes mécaniques (crues) et hydriques (sécheresse). Cette situation où les individus survivent mieux en forte densité reflète de la facilitation. La facilitation entre jeunes Peupliers noirs est déjà documentée, cependant, la nature des interactions entre les jeunes individus reste inconnue. Le cadre conceptuel de la reconnaissance et de la sélection de parentèle permettent d’envisager des interactions positives entre individus telles que la coopération. Les interactions positives seraient spécifiquement avantageuses entre individus apparentés car elles permettent une meilleure transmission des gènes partagés entre individus apparentés. L’objectif de cette thèse est d’identifier les interactions entre les jeunes Peupliers noirs, et notamment le rôle de l’apparentement durant les premiers stade [sic] de la construction de niche. Nous avons, dans un premier temps, étudié la structure génétique spatiale (SGS) à fine échelle dans différentes cohortes d’individus en populations naturelles. Nous avons trouvé une SGS significative chez des jeunes individus âgés de 5 ans, c’est-à-dire une présence significativement plus importante d’individus apparentés proches les uns des autres, mais pas chez des individus de 10 et 20 ans. Une seconde étude de SGS à très fine échelle sur des juvéniles de l’année a révélé une absence de SGS. Ces résultats sur la SGS, suggéreraient que des interactions positives entre apparentés sont possibles durant les premières années de vie. Afin d’étudier le processus de construction de niche et le rôle de l’apparentement nous avons implanté une expérimentation sur les bords de la rivière Allier. Malheureusement, cette dernière a été détruite par une importante sécheresse et une crue avant que nous ayons pu obtenir de résultats. Nous avons alors mené une série d’expérimentations en conditions contrôlées afin de déterminer si les jeunes Peupliers noirs entretiennent des interactions positives entre eux en fonction de leur apparentement et si ces interactions sont modulées par une carence hydrique. Nous avons pu montrer que la croissance et l’absorption d’azote des Peuplier noirs étaient différentes en fonction de l’apparentement. Toutefois, contrairement à ce que nous aurions pu conclure avec ce type de résultats, à savoir qu’il existe de la reconnaissance de parentèle chez le Peupliers noirs, l’interprétation la plus parcimonieuse qui s’est imposée est celle d’une différence de capacité de compétition entre les individus. Ce biais potentiel d’interprétation qui pourrait se retrouver dans de nombreuses études a été discuté dans nos publications. Ces résultats insistent sur la nécessité d’intégrer et d’estimer au maximum la diversité intraspécifique, ainsi que les contraintes du milieu en population naturelle. Au final, nous n’avons pas pu confirmer (ni infirmer) de manière formelle la présence de reconnaissance de parentèle chez le Peuplier noir. Aussi, l’apparentement entre jeunes Peupliers noirs pourrait ne pas avoir d’influence sur les interactions qu’entretiennent les individus durant la construction de niche.

The Black poplar (Populus nigra) is a pioneer tree species in European rivers that colonises alluvial banks in very high densities. Under these conditions, the main interaction between young individuals should be competition. However, it has been observed that black poplar individuals, by modifying their environment in high density through a process of niche construction, benefit from a better survival thanks to the reduction of mechanical (flooding) and hydric (drought) constraints. This situation where individuals survive better in high density reflects facilitation. Facilitation between young black poplars is already documented, however, the nature of the interactions between young individuals remains unknown. The conceptual framework of kin recognition and selection allows for positive interactions between individuals such as cooperation. Positive interactions would be specifically advantageous between related individuals as they allow for better transmission of shared genes between related individuals. The objective of this thesis is to identify the interactions between young black poplars, and in particular the role of relatedness during the first stages of niche construction. We first studied the spatial genetic structure (SGS) at a fine scale in different cohorts of individuals in natural populations. We found a significant SGS in young individuals aged 5 years, i.e. a significantly more related individuals close to others, but not in 10- and 20-year-old cohorts. A second SGS study on juvenile individuals (1 year old) revealed no SGS. These results on SGS suggest that positive interactions between relatives could be possible during the first years of life. In order to study the niche construction and the role of relatedness in this process, we set up an experiment on alluvial bars of the Allier River. Unfortunately, it was destroyed by a severe drought and a flood before we could obtain any results. We then conducted a series of experiments under controlled conditions to determine whether young black poplars establish positive interactions with each other depending on their relatedness and whether these interactions are modulated by water deficiency. We were able to show that the growth and the nitrogen uptake of black poplars were different depending on the relatedness of individuals. However, contrary to what we could have concluded with this type of result, which was that there is kin recognition between black poplars, the most parsimonious interpretation was a difference in competitive capacity between individuals. This potential interpretation bias, which could be found in many studies, has been discussed in our publications. These results emphasise the need to integrate and estimate intraspecific diversity as much as possible, as well as environmental constraints in natural populations. In the end, we were not able to formally confirm (or deny) the presence of kinship recognition in the Black Poplar. Therefore, the relatedness between young Black Poplars might not have any influence on the interactions between individuals during the niche construction.