Efficacité de la capture de la lumière et photoprotection chez les arbres indigènes et invasifs

Les arbres invasifs constituent une menace pour la durabilité des forêts dans les Hauts-de-France. Plusieurs espèces ont déjà démontré leur capacité à transformer les écosystèmes (par exemple le merisier tardif, le robinier faux-acacia ou l’érable negundo), tandis que d’autres se propagent rapidement depuis d’autres régions d’Europe occidentale (par exemple le chêne rouge d’Amérique).

Avec l’augmentation des événements climatiques extrêmes, entraînant des conditions de stress telles que la sécheresse et les fortes chaleurs, une question majeure pour les gestionnaires forestiers est de comprendre comment ces nouveaux stress modifieront les interactions entre arbres indigènes et invasifs.

Des travaux récents montrant que les plantes forestières invasives de l’hémisphère Nord présentent une efficacité d’utilisation de la lumière plus élevée ont ouvert de nouvelles questions de recherche concernant la fonction photosynthétique des espèces invasives et leur phénologie de croissance.

Lorsque les feuilles absorbent plus de lumière qu’elles ne peuvent en utiliser pour la photosynthèse, notamment en conditions de stress, les processus de dissipation non photochimique (NPQ) dans les chloroplastes permettent d’évacuer l’excès d’énergie lumineuse sous forme de chaleur. Ce mécanisme réduit l’efficacité photosynthétique d’utilisation de la lumière.

Une hypothèse encore peu explorée pour expliquer l’efficacité accrue d’utilisation de la lumière chez les arbres invasifs est que, dans des conditions environnementales identiques, ces espèces seraient capables de continuer à photosynthétiser à des moments où les espèces natives ne le peuvent plus. Elles auraient ainsi moins besoin de pigments photoprotecteurs, tels que les anthocyanes, les caroténoïdes et d’autres pigments.

Bien que la quantification du NPQ et l’étude de la composition pigmentaire aient fait l’objet d’importantes recherches en agriculture dans une perspective d’optimisation de la production, la dynamique du NPQ n’a quasiment pas été étudiée chez les espèces invasives, et le cycle des xanthophylles reste peu exploré dans une perspective globale de tolérance à l’ombre.

Il est important de noter que certains aspects de la NPQ peuvent être suivis en temps réel à partir de données de réflectance spectrale. Cela ouvre la possibilité d’un suivi continu de la dynamique croissance–stress des plantes chez les arbres indigènes et invasifs en conditions réalistes de terrain, grâce à de petits capteurs de réflectance ou à la télédétection par drone.

Les objectifs spécifiques de ce projet de thèse sont doubles :

1. Comparer expérimentalement les dynamiques photoprotectrices et photoproductives des espèces natives et invasives en lien avec le cycle des xanthophylles.
2. Identifier les meilleures pratiques de télédétection de l’efficacité d’utilisation de la lumière photosynthétique en laboratoire, dans l’objectif de suivre en temps réel la réponse des espèces natives et invasives aux stress en conditions de terrain.

Le projet sera mené au laboratoire EDYSAN (Écologie et Dynamique des Systèmes Anthropisés, UMR 7058 CNRS–UPJV), à l’Université de Picardie Jules Verne à Amiens.

Les expérimentations auront lieu sur la plateforme de phénotypage végétal de l’UPJV, notamment sur la plateforme Plantscreen®, équipée de systèmes automatisés d’imagerie fluorimétrique et hyperspectrale.

Le projet combinera :

• des expérimentations en serre
• des traitements de stress contrôlés
• des mesures de fluorimétrie
• des analyses pigmentaires par HPLC
• l’analyse de données hyperspectrales

Le ou la doctorant(e) travaillera dans un environnement de recherche international et interdisciplinaire, à l’interface entre écophysiologie, écologie des invasions et télédétection.

Approche méthodologique

L’étude impliquera la propagation en serre de 30 espèces (15 natives et 15 invasives) de plantes forestières écologiquement comparables, afin de mesurer leurs fonctions foliaires sur la plateforme de phénotypage.

Les expériences prévues incluent :

• l’établissement de courbes d’induction et de relaxation de la photosynthèse et du photoprotection (NPQ) en réponse à des conditions de lumière fluctuantes
• des analyses de la fonction foliaire et de la chimie photoprotectrice (caroténoïdes analysés par HPLC) en réponse à des traitements de stress factoriels

Les mesures exploiteront notamment les mesures hyperspectrales automatisées des canopées entières dans le système Plantscreen, en complément d’analyses classiques de croissance.

Nous recherchons un(e) étudiant(e) très motivé(e), avec un fort intérêt pour l’écologie fonctionnelle des plantes et les mécanismes physiologiques de tolérance au stress et de compromis de croissance.

Le ou la candidat(e) devra être titulaire d’un Master (ou équivalent) en :

• biologie végétale
• écologie
• écophysiologie
• sciences de l’environnement
• ou dans un domaine proche

Qualifications requises

• solides connaissances en physiologie végétale et écologie
• bonnes compétences quantitatives et statistiques (expérience avec R ou logiciel équivalent)
• excellentes capacités d’organisation et rigueur scientifique
• bonnes compétences écrites et orales en anglais

Compétences souhaitées

• bonnes connaissances en photosynthèse et/ou biochimie foliaire
• expérience en :
  • échanges gazeux foliaires
  • fluorescence chlorophyllienne
  • HPLC
• connaissances des mécanismes photoprotecteurs (ex. : cycle des xanthophylles)

Le ou la candidat(e) devra faire preuve d’autonomie, de curiosité scientifique et d’une capacité à travailler à la fois de manière indépendante et collaborative dans un environnement international.