The variability of leaf phenology among regional beech

A new paper entitled ‘Leafy season length is reduced by a prolonged soil water deficit but not by repeated defoliation in beech trees (Fagus sylvatica L.): comparison of response among regional populations grown in a common garden‘ has been published by Massonnet et al. (SILVA Department) has been published in Agricultural and Forest Meteorology. 

Abstract. Bud-burst and leaf-senescence determine the length of the growing season for deciduous trees and therefore the duration of potential carbon assimilation with consequences on biomass production. In Fagus sylvatica L., leaf phenology depends on both photoperiod and temperature. The future climate is expected to induce more frequent soil water deficits and biotic attacks (possibly resulting in severe defoliation).

The aim of the present study is to assess whether these constrains may alter leaf phenology. In a common garden, we sowed seeds collected from six beech forests along a small latitudinal gradient (140 km) in North-Eastern France. In 2014, after seven years growth, a rain exclusion was installed above the trees to test how recurrent soil water deficits impacted bud-burst (BB) and leaf-yellowing (LY) over three years. We also analyzed the response of leaf phenology to annual defoliation, aiming at affecting carbon and nitrogen availability in trees.

Delayed BB and early LY were observed, reducing the growing season (GS) until 14 days in response to soil water deficit whereas no influence of defoliation was detected. These time lags were not in relation with leaf nitrogen content. In the control treatment, BB occurred earlier and LY later in the northernmost populations than in the southernmost without clear relationships with local climate. A significant treatment x population interaction was observed revealing a plasticity in the leaf phenology response to soil water deficit among populations.

These results suggest that beech trees present a genetic differentiation of leaf phenology even within a small latitudinal gradient but that these differentiations could be disrupted by soil water deficit that is predicted to increase in the future.

This research was funded by the LabEx ARBRE within the framework of the Mepib-Death project. Pierre-Antoine Chuste received a PhD grant from ARBRE.

Les journées scientifiques du GDR Sciences du Bois

Les Journées scientifiques du GDR Sciences du Bois prévues du 18 au 20 novembre prochains, vont se dérouler en format 100% virtuel. Un  programme adapté à cette situation est en ligne : https://bit.ly/3eWw7wP

Ces Journées combineront, comme chaque année, conférences invitées et présentation des posters en sessions plénières, susceptibles de couvrir l’ensemble des sciences du bois, et réunions de groupes de travail sur des thèmes plus focalisés.

La liste des posters est consultable au lien suivant : https://bit.ly/38GaAHE

La manifestation se déroulera essentiellement sur la plateforme Livestorm qui nécessite une inscription par demie journée. L’inscription est gratuite, ouverte à toutes et tous mais obligatoire pour pouvoir recevoir les liens de connexion. Pour vous inscrire rendez vous sur le site des journées par ce lien : https://bit.ly/36d47AS​.

N’hésitez pas à faire suivre l’annonce à vos collègues et réseaux.

Pour toute information: gdr-bois-2020@sciencesconf.org

Mois franco-chinois de l’environnement

A travers le parrainage de l’oeuvre SUN GATE #2 de l’artiste français Niko de la Faye, le LabEx ARBRE participe à la 7ème édition du mois franco-chinois de l’environnement du 17 octobre au 15 novembre 2020, organisé par l’Ambassade de France en Chine.

SUN GATE #2 est une sculpture inspirée par la culture traditionnelle chinoise, l’art contemporain et les biotechnologies. Inspiré par les cadrants solaires chinois, Niko de la Faye a créé une sculpture surprenante à base de mycélium du champignon xylophage, le Ganoderme luisant ou reishi.

Progrès en torréfaction de la biomasse

Depuis 2016, l’équipe WOOTHOC du LERMAB (Epinal, Université de Lorraine) collabore étroitement avec le laboratoire du Pr. Wei-Hsin CHEN de la “National Cheng Kung University” à Taïwan. Cette collaboration a été fortement soutenue par le Labex ARBRE au travers du financement d’une mission de longue durée (Prof. Wei-Hsin CHEN), du financement d’une thèse soutenue en 2019 (Dr. Bo-Jhih LIN) et d’une bourse de Master International (Yu-Ying LIN). Cette collaboration fructueuse a permis  :

– la publication d’un article synthèse dans la revue de prestige Progress in Energy and Combustion Science (Impact Factor 29) : W-H Chen, B-J Lin, Y-Y Lin, Y-S Chu, A Ubando, P Loke Show, O H Chyuan, J-S Chang, S-H Ho, A Culaba, A Pétrissans, M Pétrissans. Progress in biomass torrefaction: Principles, applications and challenges. Progress in Energy and Combustion Science, in press et

– l’obtention du prix ‘Applied Energy 2019 Highly Cited Research Paper Award’, pour une publication commune : Safar M., Lin B.-J., Chen W.-H., Langauer D., Chang J.-S., Raclavska H., Pétrissans A., Rousset P., Pétrissans M. (2019) Catalytic effects of potassium on biomass pyrolysis, combustion and torrefaction. Applied Energy 235.

La génomique éclaire l’histoire évolutive des champignons symbiotiques forestiers

Les champignons symbiotiques mycorhiziens jouent un rôle majeur dans les écosystèmes terrestres en facilitant l’acquisition de nutriments par les plantes. Mais comment ces champignons sont-ils devenus symbiotiques ? Grâce à l’analyse du génome de 135 espèces de champignons forestiers, la plus vaste à ce jour, un consortium international de chercheurs, coordonné par l’équipe de Francis Martin (UMR IaM, INRAE, LabEx ARBRE) et le Joint Genome Institute (Département de l’Energie américain) et impliquant l’Université de Lorraine et le CNRS, explique comment ces champignons sont passés d’organismes se nourrissant de matière en décomposition à des symbiotes alliés aux plantes au cours de l’évolution. Leurs résultats ont été publiés le 12 octobre 2020 dans Nature Communications.

Il existe plusieurs types de champignons définis par leur mode de nutrition : les pathogènes qui parasitent des organismes vivants pour se nourrir, les saprotrophes qui se nourrissent de matière organique en décomposition et les mycorhiziens qui sont en symbiose avec les plantes. La symbiose est une relation gagnant-gagnant pour la plante et le champignon. Le champignon facilite l’absorption par les plantes des éléments minéraux essentiels, comme l’azote et le phosphore, et les plantes apportent des sucres simples aux champignons associés et un environnement favorable à leur développement. Cette symbiose mutualiste aurait permis la colonisation des milieux terrestres par les plantes. Afin de comprendre comment sont apparus les traits symbiotiques chez les champignons forestiers, le consortium a comparé les fonctions codées par le génome de 135 espèces dont 62 espèces mycorhiziennes. L’originalité de cette nouvelle étude réside dans le séquençage et l’analyse de 29 nouveaux génomes d’espèces de champignons symbiotiques appartenant à des familles jouant un rôle clé dans les écosystèmes forestiers, telles que les Russules et les Chanterelles, très fréquents dans les forêts tempérées.

Leurs résultats montrent que les multiples transitions d’un mode de vie saprotrophe à symbiotique s’accompagnent de la perte des gènes codant les enzymes dégradant la paroi cellulaire végétale (par exemple les cellulases et les ligninases), de la réorientation de gènes présents chez des ancêtres saprotrophes pour remplir de nouvelles fonctions symbiotiques (par exemple des transporteurs membranaires de sucres ou d’acides aminés) et de l’apparition de nouveaux gènes impliqués dans la communication avec la plante. Ces mécanismes sont observés dans toutes les familles de champignons basidiomycètes et ascomycètes1 ectomycorhiziens2 (20 000 espèces) illustrant ainsi une remarquable convergence évolutive3 couvrant plus de 100 millions d’années d’histoire évolutive. Pour la première fois, les chercheurs ont également identifié quelques espèces de champignons « hybrides », encore capables de décomposer la matière organique, tout en établissant une symbiose avec les racines de leur plante-hôte. Chez ces champignons, les gènes codant les enzymes de dégradation de la paroi végétale sont encore présents, mais réprimés lors de la symbiose. Il pourrait bien s’agir des premiers pas vers la symbiose stricte.

Cette nouvelle étude accroît de façon considérable les ressources génomiques disponibles pour étudier les mécanismes qui régissent le développement et le fonctionnement des symbioses mycorhiziennes. Outre une meilleure compréhension de l’histoire évolutive des champignons forestiers, ces ressources sont désormais utilisées pour étudier le fonctionnement des communautés de champignons dans les écosystèmes forestiers soumis aux aléas des changements environnementaux.

[1] Les basidomycètes et les ascomycètes sont deux classes de champignons. Les basidomycètes désignent les espèces dont les spores se forment à l’extérieur de cellules spécialisées (entre autres la plupart des champignons à chapeaux). Les ascomycètes sont une classe réunissant les espèces de champignons dont les spores se forment dans des cellules spécialisées (les asques) comprenant notamment les morilles, les pézizes, les truffes, les levures…

[2] Les champignons ectomycorhiziens colonisent les racines des plantes avec lesquelles ils sont en symbiose et leur permettent d’avoir accès plus facilement à des minéraux.

[3] On parle de convergence évolutive lorsque plusieurs espèces différentes soumise aux même contraintes environnementales adoptent des réponses adaptatives similaires, ici la symbiose ectomycorhizienne.

 

Référence

Miyauchi, S., Kiss, E., Kuo, A. et al. Large-scale genome sequencing of mycorrhizal fungi provides insights into the early evolution of symbiotic traits. Nat Commun 11, 5125 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18795-w

Une belle reconnaissance pour les actions du réseau Tous Chercheurs

Monsieur le député Dominique Potier a récemment déposé trois amendements dans le cadre de l’examen de la Loi de Programmation de la Recherche pour renforcer les liens Science-Société. Ces trois amendements ont été adoptés et sont clairement inspirés du dispositif Tous Chercheurs ” En réponse à la défiance des institutions de recherches et de régulation, il faut poursuivre l’effort d’association des citoyens à la définition des sujets d’investigation ainsi qu’aux pratiques de recherche, de l’expérimentation à la présentation des résultats. La philosophie propre à la pédagogie expérimentale du mouvement « Tous Chercheurs » porte à ce titre la promesse d’un nouveau paradigme, celui d’une science participative renouvelant le pacte civique de l’éducation populaire. 
 
Le Labex ARBRE est fier d’avoir soutenu la création de trois nouveaux laboratoires Tous Chercheurs en Lorraine depuis 2016, dont le laboratoire Tous Chercheurs de Nancy né en 2018. C’est dans ce laboratoire que des élèves et des citoyens sont régulièrement accueillis à l’occasion de stages de recherche ouverts au public, pour tenter de répondre avec les chercheurs à des questions de recherche nouvelles sur l’écologie des tiques et des maladies vectorisées par les tiques. Ces stages font partie intégrante du programme national de recherche participative CiTIQUE, initié par le Labex.
Cette mobilisation de citoyens-chercheurs au coeur même d’un projet de recherche d’envergure a inspiré l’alinéa 232 proposé par Monsieur le Député Potier, qui va être inséré au texte de loi : “Développer des projets de science citoyenne co-élaborés par des chercheurs et des publics d’horizons divers du type « Tous Chercheurs », associant des citoyens à la définition de sujets d’investigation et les confronter à la pratique de la recherche en laboratoire, de l’expérimentation jusqu’à la présentation des résultats ».
 

Un chercheur du LERMAB à l’honneur

Après avoir déjà obtenu le prix de thèse Etablissement dans le cadre de l’Ecole Doctorale SIMPPE (Science et Ingénierie des Molécules, des Produits, des Procédés et de l’Energie), Mahdi Mubarok s’est vu décerner par l’IAWS (International Academy of Wood Science) le prix de la meilleure thèse internationale dans le domaine des Sciences du Bois pour ses travaux sur la modification chimique du hêtre réalisés dans le cadre d’une collaboration entre l’Université de Lorraine et l’Université de Göttingen grâce à un financement du LABEX ARBRE sous la direction des Professeurs Holger MILITZ et Philippe GERARDIN. Visant à développer des méthodes de préservation du bois respectueuses de l’environnement, ses travaux ont permis de mettre au point des traitements non biocide permettant d’améliorer la durabilité du bois aussi bien vis-à-vis des champignons de pourriture que des termites. Venu en Lorraine dans le cadre d’un programme de double Master entre l’Université de Lorraine, Bogor University et AgroParisTech, La thèse de Mahdi a également été l’occasion pour le LERMAB de poursuivre ses collaborations avec l’Indonésie. L’ensemble des travaux réalisé a conduit à six publications dans des journaux à comité de lecture.

Séminaire LabEx : Anticiper les futurs des forêts – Sociologie des recherches forestières en France

Le 30 Septembre 2020 à 13h30, Antoine Dolez du Laboratoire SAGE ( Sociétés, Acteurs, Gouvernement en Europe, Université de Strasbourg) donnera un séminaire dans la salle de Conférences du Centre INRA GrandEst-Nancy, Champenoux.

Ce séminaire propose quelques réflexions sociologiques et historiques sur l’évolution et l’organisation des recherches forestières en France. Il s’appuie sur une enquête menée auprès de chercheurs et d’ingénieurs de l’INRAE et du CEFE qui modélisent les écosystèmes forestiers et anticipent leurs trajectoires futures. Le séminaire se concentre sur de deux résultats de cette recherche. Il est tout d’abord question de montrer autour de quels problèmes scientifiques les recherches forestières se structurent actuellement. Pour ce faire, je mobilise le concept d’ « agenda de recherche », et je distingue, ainsi, trois agendas des recherches forestières : l’agenda sylvicole, l’agenda écologique et l’agenda climatique. Puis, je détaille trois « visions des futurs des forêts » qui sont portées par les différents acteurs des recherches forestières. Ces « visions des futurs des forêts » concernent non seulement les rôles que les forêts peuvent jouer dans l’atténuation et l’adaptation au changement climatique, mais aussi, et surtout, l’ensemble des technologies, savoirs et pratiques que les acteurs pensent nécessaires de développer pour préparer les forêts aux défis de demain.

Antoine Dolez est sociologue des sciences, ses travaux s’inscrivent dans le courant des Science and Technology Studies (STS). Il a réalisé sa thèse de sociologie au Laboratoire Ecosystèmes et Sociétés en Montagnes (LESSEM) de l’INRAE et au laboratoire PACTE (Grenoble). Il est chercheur associé au laboratoire SAGE (Strasbourg). Ses recherches concernent la sociologie et l’histoire des recherches forestières, l’informatisation de la nature, le monitoring environnemental, et l’étude des futurs environnementaux.

 

 

La croissance des forêts de conifères françaises contrôlée par des contraintes thermiques et hydriques et favorisée par une structure forestière hétérogène

En s’appuyant sur > 10 000 mesures d’accroissement radial des placettes de l’Inventaire Forestier National, nos collègues du Laboratoire d’Inventaire Forestier (IGN) ont évalué les anomalies annuelles de croissance de huit espèces de conifères majeures dans le secteur forestier français et européen sur la période 2006-2016. Les huit espèces sont : l’épicéa commun, le Douglas, le sapin pectiné, le pin maritime, le pin sylvestre, le pin de Corse, le pin d’Alep et le mélèze européen. La croissance radiale de ces espèces a été modélisée dans des peuplements purs et réguliers, c’est-à-dire des peuplements avec une seule essence présente et des arbres aux dimensions à peu près similaires, pour limiter les effets de la composition et de la structure du peuplement sur la croissance. Ce type de peuplements est aussi celui majoritairement utilisé en sylviculture des conifères en France de nos jours. Chaque espèce a été modélisée dans autant de contextes bioclimatiques que possible. En tout, 16 systèmes forestiers ont pu être étudiés (Fig. 1A). Les données de croissance ont d’abord été filtrées de tous les effets non-climatiques, comme l’effet de la taille de l’arbre, de la structure du peuplement et du type de sol, par modélisation afin d’isoler les anomalies de croissance liées au climat uniquement. Les tendances décrites par ces anomalies de croissance ont ensuite été comparées à des variables environnementales, comme les changements climatiques saisonniers en température et précipitation sur la période d’étude.

Clémentine Ols et ses collègues ont ainsi observé que les tendances de croissance sur la période 2006-2016 sont très fortement reliées à la vitesse de réchauffement auquel un système forestier fait face, et ce quel que soit son climat moyen initial. Ainsi, les peuplements situés dans les régions qui se réchauffent le plus vite (surtout en hiver et en été) ont vu leur croissance diminuer alors que les peuplements des régions au réchauffement plus modéré ont vu leur croissance augmenter (Fig. 1B).

D’autre part, les tendances de croissance semblent être étroitement liées aux contraintes hydriques des systèmes forestiers. Ainsi, les tendances de croissance négative ont principalement été observées dans les régions où les précipitations estivales et la capacité de rétention en eau du sol sont élevées mais où ces dernières ont diminué au cours de 2006-2016 (Fig. 1C).

Ils ont également mis en évidence que les peuplements les plus hétérogènes en diamètre présentaient les tendances les plus positives (Fig. 1D). L’hétérogénéité de la structure d’un peuplement apparaît donc favoriser sa croissance en contexte d’augmentation des contraintes hydriques et thermales.

L’ensemble de ces résultats constitue une piste intéressante pour développer une gestion forestière augmentant la résilience des peuplements de conifères face aux variations climatiques à venir.

L’efficacité des méthodes développées et l’importance de l’information produite de cette étude démontrent la possibilité de déployer un système de monitoring national des forêts basé sur l’Inventaire Forestier National.

Lien vers la publication originale :

Ols, C., Hervé, J.-C., Bontemps, J.-D., 2020. Recent growth trends of conifers across Western Europe are controlled by thermal and water constraints and favored by forest heterogeneity. Science of The Total Environment 742, 140453.

Atelier ONF-SILVA-ARBRE en forêt de Hesse

Dans la suite du projet de formation – dissémination IFASYL soutenu par le LabEx ARBRE, Nathalie Breda (UMR SILVA) a accueilli un groupe d’une vingtaine de collègues de l’Office National des Forêts du Grand Est le 2 juillet sur le site atelier de Hesse. L’objectif de la rencontre était d’expliciter le rôle de l’indice foliaire dans les échanges entre les couverts et l’atmosphère. A partir d’une visite du site, de discussion autour de posters illustrant la variabilité interannuelle et spatiale d’indice foliaire, le rôle de la sylviculture dans le contrôle de ce paramètre a été discuté. Du point de vue technique, la métrologie de ce paramètre a été explicitée en s’appuyant en outre sur l’expérience de l’ONF sur les placettes RENECOFOR (collecte de litières) et en présentant différents équipements. Les collègues volontaires ont aussi pu accéder à l’interface « couvert –atmosphère » en accédant en haut de la tour à flux et en découvrant les mesures micrométéorologiques réalisées, avec les explications de Jean-Baptiste Lily (UMR SILVA). A l’issue de la rencontre, les collègues de l’ONF sont repartis avec l’analyseur de couvert appartenant au service RDI de Fontainebleau (modèle LAI-2000, Li-Cor), accompagnés de modes opératoires clairs et simples pour réaliser leurs propres mesures sur des peuplements conduits de manière contrastée.

Photo : Hubert Schmuck (ONF)