L’équipe PhysioDiv s'intéresse à la réponse physiologique des arbres aux contraintes de l'environnement en conditions contrôlées et en plantations comparatives. Les principales contraintes étudiées sont : la disponibilité en eau (sécheresse, hypoxie), la pollution par l'ozone, le fort CO₂ et les températures élevées.

Nos recherches ont pour objet de comprendre les processus physiologiques mis en œuvre lors de la réponse à la contrainte, en intégrant plusieurs échelles d’analyse allant de la molécule à l’organisme entier. En plus de l’étude de cette plasticité phénotypique (à l’échelle de l’individu) nous étudions sa diversité génétique (différences entre génotypes, populations, espèces). L'objectif de ces recherches est d'apporter des éléments de réponse à la question de l'adaptation des arbres à un environnement changeant.

Thématiques de recherche :

- efficience d’utilisation de l’eau et régulation des stomates

WUE (Water Use Efficiency) est un trait écophysiologique qui correspond à la capacité d'une plante à optimiser sa production de biomasse par rapport aux pertes d'eau par transpiration. Ce trait peut être déterminé au niveau foliaire et à l'échelle de la plante entière; il est fortement lié au fonctionnement stomatique et à l'anatomie foliaire, deux aspects que nous étudions en détail en plus des aspects photosynthétiques.

- détoxication / régénération du pouvoir réducteur

Dans leur lutte récurrente contre le stress oxydant, les végétaux possèdent tout un arsenal métabolique de défense centré surles capacités anti-oxydantes de métabolites (ascorbate, glutathion, composés phénoliques). Cet arsenal est en outre soutenu par un métabolisme cellulaire susceptible de régénérer le pouvoir réducteur essentiel à son bon fonctionnement. Dans ce contexte, nos recherches s’intéressent à la réponse des arbres à l’ozone et à la sécheresse, en combinaison ou non. Différents axes sont développés : - les variations, sous contraintes, des antioxydants : de l’expression du gène jusqu’au métabolite ; - les modifications métaboliques participant à la régénération du pouvoir réducteur (NAD(P)H) ; - ainsi que les modifications du patron d’allocation cellulaire du carbone et de l’azote sous contrainte ozone et/ou sécheresse. Nos recherches visent in fine à améliorer notre compréhension de la réponse des arbres au stress oxydant et de définir certains marqueurs métaboliques clés de la tolérance/sensibilité à l’ozone et à la sécheresse.

- contrôles biophysiques et moléculaires de la croissance racinaire

La croissance racinaire est très plastique en réponse à l’environnement, permettant une optimisation de l’accès aux ressources, dont la distribution varie dans le temps et l’espace. L’allongement de la racine résulte de l’expansion des cellules produites dans le méristème apical. Nos recherches visent à comprendre comment ces deux processus élémentaires sont affectés par le déficit hydrique et par la contrainte mécanique et comment ils sont coordonnés en réponse aux stimuli. Nous combinons la cinématique (pour analyser finement la croissance) et la génomique fonctionnelle pour décrypter les contrôles biophysiques et moléculaires de la croissance racinaire.

- biosynthèse et biochimie des composés pariétaux et biochimie de la composante polysaccharides

Le bois est une ressource importante pour différentes industries. La biosynthèse de la cellulose et de la lignine, composés majeurs du bois, est fortement contrôlée lors du développement de l’arbre et en réponse à l’environnement, notamment dans le contexte actuel de changement climatique global. Il est en effet admis que des teneurs élevées en CO₂ augmentent la production de la biomasse ligneuse, tandis que l'ozone la réduit. Il est donc particulièrement important d'évaluer l'impact de ces deux gaz sur les mécanismes de formation du bois.

L’objectif de cette thématique est de comprendre les mécanismes cellulaires qui contrôlent la biosynthèse de la cellulose et de la lignine dans le bois de peuplier soumis à des stress. La régulation des gènes impliqués dans la biosynthèse des polymères cellulose et lignine est particulièrement étudiée ainsi que la répartition de l’apport en carbone entre ces deux polymères en condition de stress.

Ces thématiques de recherche sont développées dans des projets ciblés ou intégratifs et s’appuient sur des équipements spécifiques et des infrastructures :

• Biologie Moléculaire et Biochimie (PCR en temps réelle, analyse du transcriptome via Affimetrix et RNA-Seq)
• Echanges gazeux foliaires et chambre entière (Licor 6400, 6200, poromètre Décagon)
• Chimie analytique (spectrométrie de masse isotopique, chromatographie liquide, spectroscopie infrarouge et Raman, ces appareils sont hébergés sur la Plateforme d’Ecologie Fonctionnelle PTEF)
• Microscopie éléctronique à balayage, STEM et microanalyse X, …..) (hébergés sur la Plateforme d’Ecologie Fonctionnelle PTEF)
• Serres régulées en température avec robots d’irrigation
• Phytotrons avec dispositif de fumigation d’ozone et de fort CO₂.
• Cinématique par imagerie in vivo sous lumière infrarouge.