Relations traits-environnement chez les végétaux : du cycle de vie des organismes au cycle de vie des données

Trait-environment relationships in plants : from organism life cycle to data life cycle

• Auteur / Autrice : Léo Delalandre
• Direction : Cyrille Violle, Éric Garnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 02/04/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Alexia Stokes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juliette Bloor
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Servane Lemauviel-Lavenant, Philippe Choler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gradients altitudinaux

Analyse du cycle de vie

Traits fonctionnels

Mots clés libres

Ecologie comparative

Traits fonctionnels

Traits d'histoire de vie

Cycle de vie

Annuelle

Gradient environnemental

Comparative ecology

Functional traits

Life-History traits

Life cycle

Annual

Environmenal gradient

Résumé

L’écologie comparative a mis en évidence des associations récurrentes entre les traits fonctionnels des plantes et leur environnement. Ces relations peuvent varier selon le niveau d’organisation considéré – au sein des espèces, entre les espèces, et entre groupes d’espèces –, mais cette dépendance demeure peu étudiée. Une distinction fondamentale dans les théories de l’histoire de vie est effectuée entre espèces annuelles (réalisant leur cycle de vie en une année) et pérennes (cycle de vie sur plus d’une année, avec généralement plusieurs événements de reproduction). Les annuelles et les pérennes herbacées diffèrent quant à leur fonctionnement (vitesse de croissance, investissement dans la production de graines, allocation aux racines, etc.). Cependant, bien qu’elles coexistent fréquemment, peu d’études considèrent les potentielles différences dans les relations traits-environnements entre ces deux groupes. L’objectif de cette thèse est de comprendre les spécificités des variations des traits des plantes annuelles en fonction de la disponibilité en ressources du milieu, à partir de mesures in situ et en jardin commun.Nous avons étudié des communautés de parcours ovins des Grands Causses, où annuelles et pérennes coexistent dans deux conditions environnementales contrastées : i) fertilisation et forte perturbation, et ii) sol pauvre et perturbation mois intense. Nous montrons que les variations des traits liés à la vitesse de croissance et à la densité des tissus foliaires sont plus faibles chez les annuelles que chez les pérennes. Ceci s’explique par (a) un remplacement d’espèces plus élevé chez les pérennes, et (b) la présence d’espèces présentant de plus grandes différences de valeurs de traits entre environnements chez les pérennes. Les variations intraspécifiques sont identiques entre les deux groupes d’espèces. Les mesures effectuées au cours de de ce premier volet ont permis de compléter une base de données de traits en cours de développement. A cette occasion, j’ai contribué à la structuration de cette base par un travail de gestion des données, visant à proposer des modalités de partage des données de traits fonctionnels et des variables environnementales associées ; une synthèse de ce travail est proposée. Dans un second temps, nous avons analysé la variabilité intraspécifique chez les annuelles de ces communautés, afin de tester son origine (génétique ou plastique), d’identifier les traits les plus variables en réponse à la fertilisation, et de comparer cette variabilité entre espèces. Trente populations ont été cultivées en jardin commun, avec une fertilisation faible ou élevée. Les résultats indiquent que i) les variations de traits observées in situ sont vraisemblablement d’origine plastique ; ii) la plasticité est faible sur les traits morphologiques des feuilles et des racines, mais forte sur l’allocation de la biomasse et la teneur en azote ; iii) les espèces préférentes pour des milieux riches en nutriments sont plus plastiques sur leur teneur en azote.Enfin, un travail de revue de la littérature a été engagé de manière à déterminer quels traits sont déterminants pour les herbacées annuelles et pérennes, en raisonnant sur les composantes de la démographie (reproduction, croissance, survie), dont l’importance diffère selon le cycle de vie. Nous proposons un article d’opinion visant à proposer comment mieux intégrer le cycle de vie et les trait morpho-physio-phénologiques communément mesurés.Cette thèse propose une étude des relations entre traits fonctionnels et environnement à différents niveaux d’organisation : entre cycles de vie, entre espèces, et au sein des espèces. Elle met en évidence que les relations trait-environnement peuvent varier entre ces niveaux, s’inscrivant dans un regain d’intérêt pour la prise en compte de la dépendance au contexte en écologie comparative.

Comparative ecology has highlighted recurring associations between plant functional traits and their environment. These relationships may vary depending on the level of organization considered – within species, between species, and among groups of species – but this dependency remains poorly studied. A fundamental distinction in life history theories is made between annual species (completing their life cycle in one year) and perennial species (life cycle over more than one year, usually with multiple reproductive events). Annual and perennial herbaceous plants differ in their functioning (growth rate, investment in seed production, allocation to roots, etc.). However, despite their frequent coexistence, few studies have considered potential differences in trait-environment relationships between these two groups. The objective of this thesis is to understand the specific variations in the traits of annual plants depending on resource availability, based on in situ measurements and in a common garden setting.We studied herbaceous communities in the Grands Causses, where annuals and perennials coexist in two contrasting environmental conditions: i) fertilization and high disturbance, and ii) poor soil and less intense disturbance. We show that variations in traits related to growth rate and leaf tissue density are lower in annuals than in perennials. This is explained by (a) a higher species turnover in perennials, and (b) the presence of species with larger differences in trait values between environments in perennials. Intraspecific variations are identical between the two groups of species. Measurements made during this first part were used to complete a trait database under development. On this occasion, I contributed to the structuring of this database through data management work, aiming to propose modalities for sharing functional trait data and associated environmental variables; a synthesis of this work is proposed.Secondly, we analyzed intraspecific variability in annuals from these communities, in order to test its origin (genetic or plastic), to identify the most variable traits in response to fertilization, and to compare this variability between species. Thirty populations were grown in a common garden, with low or high fertilization. The results indicate that i) the observed trait variations in situ are likely of plastic origin; ii) plasticity is low in morphological leaf and root traits but high in biomass allocation and nitrogen content; iii) species preferring nutrient-rich environments are more plastic in their nitrogen content.Finally, a literature review was undertaken to determine which traits are determinant for annual and perennial herbaceous plants, reasoning on demographic components (reproduction, growth, survival), the importance of which differs according to the life cycle. We propose an opinion article aiming to better integrate life cycle and commonly measured morpho-physio-phenological traits.This thesis proposes a study of the relationships between functional traits and the environment at different levels of organization: between life cycles, between species, and within species. It highlights that trait-environment relationships can vary between these levels, fitting into a renewed interest in context dependency in comparative ecology.