Intraspecific variability of drought adaptive strategies in a perennial grass (Dactylis glomerata L.) : do functional trade-offs within above and below ground traits underpin the growth potential-stress survival trade-off?
Variabilité intraspécifique des stratégies adaptatives à la sécheresse d’une graminée pérenne (Dactylis glomerata L.) : les compromis fonctionnels des traits aériens et souterrains peuvent-ils expliciter le compromis entre potentiel de croissance et survie au stress ?
Résumé
Drought risk increases with climate change. Improving our understanding of the adaptive mechanisms of plants response to drought has thus become one of the major challenges of ecological and agronomical research. This work investigates the drought survival of a perennial herbaceous species (Dactylis glomerata L.) through the intraspecific variability of above and below ground traits expressed by fifteen native and cultivated populations originating from a large latitudinal gradient, from Scandinavia to Morocco. Population traits characterization across one year under optimal growth conditions showed phenological coordination of above ground traits associated with seasonal growth limitations according to the origins of the populations. The spring growth rhythm does not discriminate origins while the summer dormancy of Mediterranean population contrasts with the winter dormancy of Scandinavian populations. These results suggested a growth-dehydration stress survival trade-off. Although this trade-off was confirmed in summer (severe drought in Montpellier) and winter (severe frost in Norway), no correlation was found between an off-season (spring) drought stress survival and populations’ growth potential. The result invalidates the existence of a constant trade-off between stress survival and aerial growth potential. This apparent decoupling in cocksfoot could be considered to produce new cultivars with both high productivity and high drought tolerance, from existent intraspecific variability. A severe dehydration stress imposed on plants grown in short pots, limiting roots expansion, showed that Mediterranean populations survived better than temperate or Nordic populations. In association with a long tube experiment allowing full expression of roots development, this result revealed a functional trade-off between dehydration avoidance (water acquisition and growth maintenance) and dehydration tolerance (low growth and high drought survival) which could limit the combination of adaptive strategies in a single phenotype. This work contribute to improve our knowledge about functional trade-offs, few studied within species, that underpin plant response to drought stress.
Les risques de sécheresse sévère augmentent sous l’effet du changement climatique. Mieux comprendre les stratégies adaptatives des plantes au stress hydrique est ainsi l’un des défis majeurs de la recherche écologique et agronomique. Cette thèse explore la survie à la sécheresse d’une graminée herbacée pérenne (Dactylis glomerata L.) en étudiant la variabilité intraspécifique des traits aériens et souterrains d’une quinzaine de populations natives et cultivées issues d’un gradient latitudinal allant de la Scandinavie au Maroc. Une caractérisation des populations en conditions optimales sur une année a montré une coordination phénologique des traits aériens en relation avec les limitations saisonnières de croissances liées à l’origine des populations. Le rythme de croissance au printemps et à l’automne ne discrimine pas les origines, alors que la dormance estivale des populations méditerranéennes s’oppose à la dormance hivernale des populations scandinaves. Ces résultats suggéraient l’existence d’un compromis entre survie à une déshydratation sévère (sécheresse, gel) et potentiel de croissance. Alors que ce compromis a été vérifié en été (sècheresse sévère à Montpellier) et en hiver (gel en Norvège), la survie à une déshydratation de contre-saison au printemps n’est pas corrélée au potentiel de croissance des populations. Les résultats invalident donc l’existence d’un compromis constant entre survie au stress et potentiel de croissance aérienne. Ce découplage chez le dactyle permet d’envisager la sélection artificielle, à partir de la variabilité intraspécifique existante, de variétés à la fois productives et tolérantes au stress hydrique. L’imposition d’une déshydratation édaphique sévère en pots limitant l’expansion du système racinaire a montré que les populations méditerranéennes survivent mieux que les populations tempérées ou nordiques. L’association de ces résultats avec ceux issus d’une expérimentation en longs tubes favorisant le développement potentiel des racines révèle un compromis entre les stratégies d’évitement de la déshydratation (acquisition de l’eau et maintien de la croissance) et de tolérance à la déshydratation (faible croissance et forte survie à la sécheresse) qui pourrait limiter la combinaison de stratégies adaptatives au sein d’un même phénotype. Cette thèse contribue à améliorer notre compréhension des compromis fonctionnels, peu étudiés à l’échelle intraspécifique, mais qui sous-tendent la réponse des plantes à la sécheresse.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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