PEPR : Modélisation de la dynamique de Diplodia sapinea dans des peuplements de pins

Offre de thèse

PEPR : Modélisation de la dynamique de Diplodia sapinea dans des peuplements de pins

Date limite de candidature

07-07-2024

Date de début de contrat

01-12-2024

Directeur de thèse

MARCAIS Benoît

Encadrement

Financement acquis (PEPR forestt)

Type de contrat

Financement d'un établissement public Français

école doctorale

SIReNa - SCIENCE ET INGENIERIE DES RESSOURCES NATURELLES

équipe

Ecologie des champignons pathogènes forestiers

contexte

La période récente a vu un accroissement des risques de dépérissement liés à la sécheresses dans les forêts tempérées et en particulier en Europe (Senf et al, 2020). Des facteurs biotiques, agents pathogènes fongiques ou insectes sont très souvent impliqués dans ces dépérissements (Seidl et al, 2017). En effet, de nombreux organismes qualifiés d'opportunistes sont beaucoup plus agressifs sur des arbres affaiblis par d'autres facteurs (Jactel et al, 2012, Desprez-Loustau et al, 2006). Ainsi, Diplodia sapinea est un des champignons pathogènes dont l'accroissement de sévérité post-sécheresse a été la mieux documentée. De nombreux travaux documentent la relation, en conditions controlées, entre le stress hydrique subit par de jeunes pins et leur sensibilité à D.sapinea (Sherwood et al, 2015, Gosh et al, 2022). Toutefois, prédire la mortalité d'arbres soumis à de la sécheresse reste difficile (Trugman et al, 2021), en particulier du fait de l'interaction avec les agents biotiques qui sont souvent impliqués… Ainsi, alors que l'on s'attendait à un très fort accroissement des dépérissements lié à D.sapinea des pins après la séquence très séche de 2015-2020, celui-çi a finalement été assez modeste. L'interaction entre dynamique propre des agents pathogènes opportunistes et vulnérabilité des arbres à la sécheresse reste mal comprise. Le Sphaerospis des pins est une maladie qui a émergée en Europe dans les 30 dernières années. Cette maladie est provoquée par le champignon ascomycète D.sapinea qui est pourtant présent dans les forêts européenne depuis longtemps, ayant été décrit en Suède et en France dans la première moitié du 19ième siecle. On sait que la présence de l'agent pathogène est largement conditionnée par les facteurs environnementaux et que le réchauffement du climat a largement favorisé sa présence en France dans les 30 dernières années (Fabre et al, 2011). Diplodia sapinea est largement présent dans les peuplements de pins en l'absence de tout dépérissement. Ce pathogènes est capable de colonisé les cônes qui représentent la source d'inoculum majeurs dans les peuplements infectés (Munck and Stanosz, 2009). L'agent pathogène est aussi capable d'infecter de façon asymptomatique les rameaux de pins, profitant des microblessures (Stanosz et al, 2005, Maresi et al, 2007). Le déclanchement de dépérissement à D. sapinea est largement conditionné par l'occurrence de facteurs d'affaiblissement additionnels. Les plus souvent évoqués sont les orages de grêle et les sécheresse (Slippers and Wingfield, 2007). Dautre facteur peuvent intervenir comme des déséquilibre nutritionnel entrainé par des apports excessifs d'azote ‘Dijk et al, 1992). On connait toutefois assez mal les déterminants environnementaux (climat, caractérisqtique de la station et du peuplement) qui expliquent la fréquence de cet agent pathogène dans un peuplement de pins. De plus, on ne sait pas très bien si la fréquence de l'agent pathogène dans un peuplement affecte la vulnérabilité des pins aux aux facteurs d'affaiblissement tel que le stress hydrique. De nombreuses connaissances sur cette maladie sont disponibles, mais elles demandent à être mieux intégrée pour permettre de mieux appréhender le risque de Sphaerospis dans un peuplement. La modélisation est un outil adapté pour réaliser cet objectif.

spécialité

Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes

laboratoire

IAM - Interactions Arbres Microrganismes

Mots clés

Modélisation, dynamique des population, sécheresse, maladie forestière

Détail de l'offre

Le processus de mortalité des arbres suite à un accident climatique tel que la sécheresse reste un phénomène très mal compris. Des traits écophysiologique tels que par exemple le résistance à la cavitation apportent des éléments de vulnérabilité important mais reste insuffisant (Trugman et al, 2021). Il est reconnu que les parasites joue un rôle important, mais difficile à prendre en compte. Le but du travail sera d'explorer le rôle d'un des agents pathogènes parmi les plus dommageable affectant les pins, Diplodia sapinea, dans la vulérabilité des peuplements à la sécheresse.
Pour cela, nous développerons un modèle permettant de coupler la dynamique de population du champignon, avec la vulnérabilité des peuplements à un stress abiotique. D. sapinea est largement favorisé par des accidents abiotiques, et en particulier par les sécheresses et la grêle (Desprez-Loustau et al, 2006). Que ce soit en conditions contrôlées ou sur le terrain, la relation entre la sensibilité au pathogène etle niveau de stress (potentiel hydrique) subi par l'arbre est bien caractérisée (Blodgett et al, 1997, Sherwood et al, 2015). On sait aussi que la présence de l'agent pathogène est largement conditionnée par les facteurs environnementaux (Fabre et al, 2011). La production d'inoculum se fait en particulier sur les cônes infectés (Munck, 2008, 2009). L'agent pathogène est alors capable d'infecter de façon asymptomatique les rameaux de pins, profitant des microblessures (Stanosz et al, 2005, Maresi et al, 2007). Le lien entre l'abondance de l'agent pathogène dans un peuplement et la vulnérabilité des arbres au stress hydrique reste toutefois mal compris et il est difficile de comprendre ce qui détermine l'occurrence de dépérissement à D.sapinea sur les pins. En particulier, la séquence récente de canicules/sécheresse DE 2018-20 n'a pas générée autant de cas de dépérissements à D. sapinea qu'attendu.
Le travail s'appuiera sur un réseau de placettes comprenant une gamme de sévérité de Diplodia. Les cas de dépérissement à D. sapinea seront extrait de la base du Département de la Santé des forêts tandis que les témoins seront recherché sur le réseaux européen de niveau 1. Nous testerons l'hypothèse que la dynamique de l'agent pathogène, c'est à dire la production d'inoculum sur les cônes des dernières années en relation avec le climat (précipitations, température), permet d'expliquer la fréquence de l'agent pathogène en infections asymptomatiques sur les rameaux. Une seconde partie testera l'hypothèse que le déclenchement d'un dépérissement à D. sapinea dépend de son niveau de présence asymptomatique dans les tissus des rameaux, conditionnant la vulnérabilité à un stress hydrique. Le modèle SurEau permettant de simuler le niveau de sécheresse dans un peuplement sera mobilisé pour évaluer les niveaux de stress hydrique subi par les peuplements étudiés. Une méta-analyse sera réalisée pour mieux documenter la relation entre niveau de stress hydrique subit par les pins et sensibilité à D. sapinea.
Le but de la thèse sera de développer un modèle permettant de simuler la sévérité des dépérissement à D. sapinea dans les peuplements de pins.

Keywords

modelling, population dynamics, drought, forest disease

Subject details

The process of tree mortality following a climatic event such as drought remains a very poorly understood phenomenon. Ecophysiological traits such as cavitation resistance, for example, provide important elements of vulnerability, but remain insufficient (Trugman et al, 2021). It is recognized that parasites play an important role, but this is difficult to take into account. The aim of this project is to explore the role of one of the most damaging pathogens affecting pine trees, Diplodia sapinea, in the vulnerability of stands to drought. To this end, we will develop a model that couples the fungus' population dynamics with the vulnerability of stands to abiotic stress. D. sapinea is largely favored by abiotic accidents, and in particular drought and hail (Desprez-Loustau et al, 2006). Whether under controlled conditions or in the field, the relationship between pathogen susceptibility and the level of stress (water potential) experienced by the tree is well characterized (Blodgett et al, 1997, Sherwood et al, 2015). We also know that the presence of the pathogen is largely conditioned by environmental factors (Fabre et al, 2011). In particular, inoculum is produced on infected cones (Munck, 2008, 2009). The pathogen is then able to infect pine twigs asymptomatically, taking advantage of microwounds (Stanosz et al, 2005, Maresi et al, 2007). The link between pathogen abundance in a stand and tree vulnerability to water stress remains poorly understood, however, and it is difficult to understand what determines the occurrence of D. sapinea dieback on pines. In particular, the recent DE 2018-20 heatwave/drought sequence did not generate as many cases of D. sapinea dieback as expected. The work will be based on a network of plots comprising a range of Diplodia severities. Cases of D. sapinea dieback will be extracted from the Department of Forest Health database, while controls will be sought on the European level 1 network. We will test the hypothesis that the dynamics of the pathogen, i.e. the production of inoculum on cones in recent years in relation to climate (rainfall, temperature), can explain the frequency of the pathogen in asymptomatic infections on twigs. A second part will test the hypothesis that the triggering of a D. sapinea decline depends on its level of asymptomatic presence in twig tissues, conditioning vulnerability to water stress. The SurEau model, which simulates the level of drought in a stand, will be used to assess the levels of water stress experienced by the stands studied. A meta-analysis will be carried out to better document the relationship between the level of water stress experienced by pine trees and susceptibility to D. sapinea. The aim of the thesis will be to develop a model to simulate the severity of D. sapinea dieback in pine stands.

Profil du candidat

Connaissances et formation en phytopathologie ou en écologie microbienne
Expérience d'analyse de données et maitrise de R
Expérience des techniques de biologie moléculaire de base

Candidate profile

Background in phytopathology or microbial ecology
Experience ino data analysis and R programing
Experience of basic molecular biology technics

Référence biblio

Desprez-Loustau M-L, Marçais B, Nageleisen L-M, et al (2006) Interactive effects of drought and pathogens in forest trees. Ann For Sci 63:597–612. https://doi.org/10.1051/forest:2006040
Dijk HFGV, Gaag MVD, Perik PJM, Roelofs JGM (1992) Nutrient availability in Corsican pine stands in The Netherlands and the occurrence of Sphaeropsis sapinea : a field study. Can J Bot 70:870–875. https://doi.org/10.1139/b92-111
Fabre B, Piou D, Desprez-Loustau ML, Marçais B (2011) Can the emergence of pine Diplodia shoot blight in France be explained by changes in pathogen pressure linked to climate change? Global Change Biology 17:3218–3227. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02428.x
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Jactel H, Petit J, Desprez-Loustau M-L, et al (2012) Drought effects on damage by forest insects and pathogens: a meta-analysis. Glob Change Biol 18:267–276. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02512.x
Maresi G, Luchi N, Pinzani P, et al (2007) Detection of Diplodia pinea in asymptomatic pine shoots and its relation to the Normalized Insolation index. Forest Pathol 37:272–280. https://doi.org/10.1111/j.1439-0329.2007.00506.x
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Seidl R, Thom D, Kautz M, et al (2017) Forest disturbances under climate change. Nature Clim Change 7:395–402. https://doi.org/10.1038/nclimate3303
Senf C, Buras A, Zang CS, et al (2020) Excess forest mortality is consistently linked to drought across Europe. Nat Commun 11:6200. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19924-1
Sherwood P, Villari C, Capretti P, Bonello P (2015) Mechanisms of induced susceptibility to Diplodia tip blight in drought-stressed Austrian pine. Tree Physiology 35:549–562. https://doi.org/10.1093/treephys/tpv026
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Slippers B, Wingfield MJ (2007) Botryosphaeriaceae as endophytes and latent pathogens of woody plants: diversity, ecology and impact. Fungal Biology Reviews 21:90–106. https://doi.org/10.1016/j.fbr.2007.06.002
Trugman AT, Anderegg LDL, Anderegg WRL, et al (2021) Why is Tree Drought Mortality so Hard to Predict? Trends in Ecology & Evolution 36:520–532. https://doi.org/10.1016/j.tree.2021.02.001