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THEMATIQUES DE RECHERCHE

ROLE DES METABOLITES SECONDAIRES DES PLANTES (PSM) DANS LA STRUCTURATION DES COMMUNAUTES D’ORGANISMES EN REGION MEDITERRANEENNE
Lorsque les métabolites secondaires sont libérés dans l’environnement, ils peuvent être impliqués dans des interactions biotiques entre plantes, entre plantes et microorganismes ou entre plantes et arthropodes.
Au cours de mes travaux de Master, j’ai étudié l’importance des processus allélopathiques dans la dynamique de la végétation lors de la succession secondaire post déprise agricole. Le pin d’Alep (Pinus halepensis Miller) est une espèce pionnière dominante et forte productrice de composés phénoliques et terpéniques. Au cours d’expériences menées en laboratoire, les PSM libérés par le pin d’Alep ont montré des potentialités allélopathiques sur la germination et sur la croissance de plusieurs espèces cibles. L’originalité de cette approche consistait en la prise en compte des processus allélopathiques dans leur complexité en utilisant (i) des espèces végétales présentes dans les zones de déprise agricole comme espèces cibles, (ii) le sol comme matrice en intégrant ou non les microorganismes du sol. Nos résultats ont montré que les espèces cibles présentaient des sensibilités variables aux PSM du pin d’Alep et que les effets des allélochimiques étaient fortement influencés par la présence de microorganismes. La confrontation de ces résultats obtenus en laboratoire avec les données obtenues en milieu naturel ont mis en évidence que les espèces les plus sensibles disparaissaient avec l’extension du pin alors que les espèces les moins sensibles se maintenaient dans les forêts à pin d’Alep. En résumé, les processus allélopathiques sont un des moteurs des changements de biodiversité au cours de la succession secondaire post déprise agricole en milieu méditerranéen.
D’autres travaux ont été développés sur l’étude des interactions biotiques dans une forêt de chêne pubescent (Quercus pubescens Willd.). Dans ce cadre, les potentialités allélopathiques de Cotinus coggygria Scop., une espèce de sous-bois riches en PSM, sont étudiées en laboratoire. Comme pour le pin d’Alep, les espèces cibles présentent des sensibilités variables aux PSM de C. coggygria, avec une atténuation des effets négatifs des allélochimiques en présence de microorganismes. Contrairement au pin, nous avons mis en évidence qu’à travers les interactions allélopathiques, C. coggygria est capable de réduire le développement d’autres espèce végétales tout en maintenant voire améliorant le fonctionnement des communautés microbiennes du sol, ce qui lui confère un important avantage compétitif.
Au cours de ma thèse, des expériences menées en laboratoire ont permis d’étudier la relation entre la qualité chimique des litières et les communautés d’organismes décomposeurs appartenant à la mésofaune du sol. (i) Des tests écotoxicologiques ont mis en évidence des effets toxiques d’extraits aqueux de C. coggygria sur la survie et la reproduction de Folsomia candida (espèce de collembole ubiquiste) ; (ii) une expérience en mésocosme qui avait pour but de simuler les effets des pluviolessivats naturel sur la biodiversité du sol a mis en évidence un effet négatif des pluviolessivats de C. coggygria sur l’abondance des communautés de collemboles ; (iii) une expérience de test en olfactométrie a montré une attraction de Folsomia candida et Lepidocyrtus lanuginosus vers la litière du pin d’Alep. Ces différents résultats obtenus en laboratoire ont ensuite été confrontés avec des observations in situ au cours d’une expérience de décomposition des litières : C. coggygria présente les plus faibles diversité et abondance en collemboles par rapport aux trois autres types de litières ; Q. pubescens et P. halepensis présentent les plus fortes diversités avec certaines espèces de collemboles associées à ces deux litières ; Folsomia quadrioculata et Lepidocyrtus lanuginosus, deux espèces présentes sur le site d’étude, sont plus abondantes dans la litière de P. halepensis que dans les trois types de litières. Ces différents résultats suggèrent donc que la qualité chimique des litières influence les communautés d’organismes décomposeurs et mettent ainsi en évidence le rôle clé des métabolites secondaires dans la structuration des communautés de ces organismes.
Actuellement, au cours de mes travaux postdoctoraux, j’étudie le rôle de la diversité chimique des éponges dans la structuration et le fonctionnement des écosystèmes benthiques marins, et plus particulièrement l’influence de cette diversité chimique sur le comportement d’invertébrés mobiles marins (mysidacées).

DIVERSITE VEGETALE, CHANGEMENT CLIMATIQUE ET MODIFICATION DU FONCTIONNEMENT DES ECOSYSTEMES MEDITERRANEENS

L’objectif principal de ma thèse était d’étudier le processus de décomposition des litières en région méditerranéenne et comment ce processus pouvait être affecté par le changement climatique. D’une part, il s’agit de l’un des principaux processus écosystémiques majeurs, jouant un rôle essentiel dans les cycles biogéochimiques. D’autre part, l’impact de la sècheresse est d’une préoccupation particulière en région méditerranéenne, en raison de précipitations déjà rares. Enfin, très peu d’études ont porté sur la relation diversité-décomposition des litières en région méditerranéenne, et aucune sur son évolution dans un contexte de changement climatique.
Dans un premier temps, j’ai abordé comment la diversité (taxonomique et fonctionnelle) des litières influençait la diversité (taxonomique et fonctionnelle) des communautés d’organismes décomposeurs ainsi que le processus de décomposition des litières et sur les dans deux écosystèmes typiques de la région méditerranéenne française : la forêt à chêne pubescent (Quercus pubescens) et la garrigue à chêne kermès (Quercus coccifera). Dans un second temps, j’ai étudié l’impact du changement climatique (via un stress hydrique aggravé) sur les communautés d’organismes décomposeurs et le processus de décomposition des litières.
Nous avons mis en évidence que la capacité de rétention en eau des litières était le principal trait qui contrôle le processus de décomposition en région méditerranéenne. Nous avons montré des effets de la diversité des litières sur la structure des communautés d’organismes décomposeurs et sur le processus de décomposition. Dans la forêt, les espèces compagnes de Q. pubescens favorisaient la diversité et l’abondance des communautés d’organismes décomposeurs ainsi qu’un processus de décomposition plus efficace. A l’opposé, dans la garrigue, c’était l’espèce structurante qui favorisait la décomposition et les décomposeurs.
Un stress hydrique aggravé a eu des effets négatifs sur la structure des communautés d’organismes décomposeurs (diminution de l’abondance et de la diversité, perte d’espèces de collemboles) et le processus de décomposition avec un ralentissement de la décomposition des litières et de la remise à disposition des nutriments. En ce qui concerne l’évolution de la relation diversité des litières - processus de décomposition dans un contexte de changement climatique, on a observé une forte diminution des interactions synergiques en forêt (excepté à forte diversité végétale), alors qu’à l’opposé, cela a entrainé, en garrigue, une meilleure complémentarité entre les espèces avec une forte augmentation des effets synergiques.
Les résultats obtenus suggèrent que la diversité des communautés végétales, via la mixité des litières, joue un rôle important sur la diversité (taxonomique et fonctionnelle) des communautés d’organismes décomposeurs et sur le processus de décomposition avec un fonctionnement et une réponse au stress hydrique aggravé différents en forêt et en garrigue méditerranéennes. Enfin, ces travaux mettent en avant que le maintien de cette diversité semble nécessaire afin d’assurer un bon fonctionnement du processus de décomposition dans un contexte de changement climatique.

Mots clés : Ecologie fonctionnelle, Traits fonctionnels, Ecologie chimique, Métabolites secondaires, Allélopathie, Ecotoxicologie, Olfactométrie, Ecologie du sol, Cycle des nutriments, Processus de décomposition, Arthropodes du sol, Relations biotiques, Changement climatique, Milieux terrestre et marin.

PARTICIPATION A DES PROGRAMMES DE RECHERCHE

2014-2015 Programme de la fondation TOTAL « Metabolite diversity from organisms to the marine ecosystems : study of evolutionary and functional processes in a changing environment » (Coordinator : T. Perez, IMBE, Marseille, 255 000 €).

2012-2016 Programme Blanc de l’ANR sur le thème « Trade-off between Secondary and Primary Metabolism in Mediterranean forest under climate change » (Sec-PriMe2) (Coordinatrice C. Fernandez, IMBE, Marseille, 700 000 €).

2012 Programme de la Fédération de Recherche Ecosystèmes Continentaux et Risques environnementaux (ECCOREV) FR 3098 sur le thème « Allélopathie, élément clé de la régénération des forêts méditerranéennes ? » (Coordinatrice A. Bousquet-Mélou, IMBE, Marseille, 6 000 €).

2011-2013 Programme CNRS « Ecosphère continentale et côtière » (EC2CO), action thématique BIOHEFECT (BIOgéochimie, HydrologiE et Fonctionnement des ECosysTèmes sur le thème « Est-ce-que l’effet de la mixité des litières sur leur décomposition dépend du contexte climatique ? » (Coordinatrice V. Baldy, IMBE, Marseille, 20 000 €).

2010-2014 Programme Changements Environnementaux Planétaires de l’ANR sur le thème « Impacts des changements climatiques sur la biodiversité et conséquences pour le fonctionnement d’un écosystème méditerranéen » (CLIMED) (Coordinateur S. Hättenschwiler, CEFE, Montpellier, 850 000 €).

2008-2012 Mise en place du site expérimental O3HP (« Oak Observatory at OHP », observatoire de la chênaie pubescente), cofinancement CNRS-Région PACA, à l’Observatoire de Haute Provence (Coordinateur T. Gauquelin, IMBE, Marseille, 450 000 €).

ENCADREMENT DE STAGIAIRES

2015 Stage de Master II Recherche Océanographie, spécialité Biologie et Ecologie Marine, Aix-Marseille Université (6 mois) : Etude expérimentale de la médiation chimique au sein des communautés benthiques de substrats durs, M. Le Croller. (co-encadrement : T. Perez et O. Thomas).

Stage de Master II Recherche Sciences de l’Environnement Terrestre, spécialité BIOECO, Aix-Marseille Université (6 mois) : Réponse des communautés microbiennes à la mixité des litières : implications pour le processus de décomposition des litières en forêt méditerranéenne, Q. Foucault. (co-encadrement : V. Baldy et P. Mirleau).

2014 Stage de Licence Sciences de la Nature de la Terre et de l’Environnement, spécialité ECOPE, Aix-Marseille Université (3 mois) : Etude de la relation entre la qualité chimique des litières et les communautés mésofauniques dans un écosystème forestier méditerranéen : approches in situ et expérimentations en laboratoire, L. Garcia, R. Rebecca et B. Romero. (co-encadrement : V. Baldy et M. Proffit).

Stage de Master I Sciences de l’Environnement Terrestre, Aix-Marseille Université (3 mois) : Evolution de la diversité et de l’abondance des organismes appartenant à la mésofaune du sol le long d’un gradient de diversité végétal dans un écosystème forestier méditerranéen soumis à un stress hydrique, L. Lannuzel et C. Moriconi. (co-encadrement : V. Baldy et M. Proffit).

2013 Stage de Master I Professionnel Sciences de l’Environnement Terrestre, spécialité SBR, Aix-Marseille Université (3 mois) : Etude de la dynamique des communautés mésofauniques associées aux litières en décomposition dans un écosystème forestier méditerranéen soumis à un stress hydrique, M. Douard et P. Tessier. (co-encadrement : V. Baldy).

2012 Stage de Master II Recherche Sciences de l’Environnement Terrestre, spécialité BIOECO, Aix-Marseille Université (6 mois) : Etude de la relation entre la diversité chimique des litières et la diversité de la mésofaune du sol au cours du processus de décomposition des litières dans un écosystème forestier méditerranéen, M. Bouyssou. (co-encadrement : C. Fernandez et A. Bousquet-Melou).

Stage de Master I Professionnel Sciences de l’Environnement Terrestre, spécialité INGEBIO, Aix-Marseille Université (3 mois) : Effet des métabolites secondaires de la litière de Cotinus coggygria sur l’abondance, l’activité et la diversité des organismes du sol, A. Popova. (co-encadrement : V. Baldy).

ANIMATION ET DIFFUSION SCIENTIFIQUE

- Vice-président de l’Association Française des Jeunes Chercheurs en Ecologie Chimique (AFJCEC)
- Membre de la Société Française d’Ecologie (SFE)
- Membre de la Société Internationale d’Ecologie Chimique
- Membre de la Société Internationale d’Allélopathie

2014 Membre du comité d’organisation de l’école thématique en Ecologie Chimique (ETEC) du CNRS : Etudes des médiations chimiques en milieu terrestre et marin - concepts et approches méthodologiques, Marseille, France, 16.06. - 20.06.2014 (Coordinatrice V. Baldy, IMBE, Marseille).

2010 Participation à l’exposition « Au cœur des forêts provençales, une biodiversité insoupçonnée, rencontre entre art, science et technologie » dans le cadre de l’année de la biodiversité, Saint-Michel l’Observatoire, France.

2009 Participation à l’organisation de la 6ème réunion du GDR Ecologie Chimique, Marseille, France, 27.10. - 29.10.2009.

FONCTIONS ELECTIVES

2012-2014 Membre élu au Conseil de l’Observatoire des Sciences de l’Univers - Institut Pythéas

2012-2014 Membre élu du Comité Consultatif d’Unité (CCU) de l’Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie marine et continentale.