Wang, Zihui
(2023).
« Understanding plant-microbiota and plant-insect interactions on leaves : causes and consequences » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.
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Résumé
Les interactions entre les plantes et les micro-organismes des feuilles, ainsi qu'entre les plantes et les insectes herbivores, comptent parmi les interactions biotiques les plus répandues dans les écosystèmes. Comprendre les facteurs déterminants qui façonnent ces interactions, ainsi que les impacts de ces dernières sur la diversité et l'évolution des partenaires, est une question fondamentale en écologie. Les études antérieures qui se sont intéressées à cette question ont principalement été réalisées à l’échelle locale et/ou en considérant un nombre limité d'espèces végétales. Conséquemment, il existe d'importantes lacunes au niveau de la connaissance sur la distribution géographique des micro-organismes foliaires et des insectes herbivores, ainsi que sur l’influence que ces organismes exercent sur l'abondance et la productivité des plantes dans les environnements riches en espèces. Ma thèse aborde ces lacunes en menant les études suivantes : 1) une investigation sur le terrain portant sur la distribution géographique des bactéries associées aux feuilles des plantes le long d'un gradient latitudinal; 2) une expérience en serre axée sur la transplantation de microbiomes pour évaluer l'impact des micro-organismes associés aux plantes sur la relation entre la diversité végétale et la productivité; et 3) une enquête sur le terrain examinant l’influence de la densité des populations végétales sur la pression d'herbivorie, pour de multiples espèces végétales coexistantes. Les objectifs spécifiques de ces études étaient les suivants : 1) révéler les facteurs écologiques et évolutifs façonnant la diversité et la distribution des microorganismes associés aux feuilles à grande échelle spatiale; 2) tester l’effet interactif des microbiomes foliaires et de la diversité végétale sur la régulation de la productivité des écosystèmes; et 3) examiner si la pression d’herbivorie sur les feuilles des plantes affecte l'abondance des espèces végétales et leur coexistence dans les communautés. Dans la première partie de ma recherche, nous avons démontré que la diversité et la composition des communautés bactériennes foliaires varient le long d'un gradient latitudinal, phénomène corrélé aux caractéristiques des plantes hôtes et aux conditions climatiques. De plus, nous avons révélé un changement latitudinal dans les mécanismes régissant l'assemblage des communautés de bactéries et leur distribution spatiale. À mesure que la latitude augmente, la sélectivité des plantes hôtes s'intensifie, tandis que l'influence des facteurs externes à l'hôte – tels que l'environnement abiotique, les plantes avoisinantes, la proximité spatiale et leurs effets combinés – diminue. De plus, nous avons découvert que les bactéries des feuilles ont tendance à être associées à des espèces végétales hôtes phylogénétiquement rapprochées, montrant ainsi une spécialisation vis-à-vis de l'hôte. Il est intéressant de noter que le degré de spécialisation à l’hôte est négativement corrélé avec la taille du génome bactérien et l'abondance de l’espèce hôte, avec une diminution le long du gradient latitudinal. Ces découvertes offrent une compréhension fondamentale des patrons et des mécanismes qui façonnent les interactions entre les plantes et les bactéries sur une grande échelle spatiale et évolutive. Par la suite, ma recherche a démontré que l'inoculation de microbiomes foliaires entraîne une diminution de la productivité des plantes. Cet effet négatif est particulièrement prononcé dans les scénarios de faible diversité végétale, favorisant ainsi une relation positive entre la diversité végétale et la productivité. Cependant, cette relation positive entre la diversité et la productivité induite par les micro-organismes foliaires est atténuée lorsque des microbiomes du sol, comprenant des champignons mycorhiziens, sont introduits. Cela suggère la présence d’interactions complexes entre les micro-organismes aériens et souterrains qui régulent la productivité des écosystèmes. Enfin, nous avons mis en évidence des corrélations positives entre la densité des populations végétales et la pression d’herbivorie pour les espèces végétales plus rares au sein des communautés locales. Cela indique un effet stabilisateur des herbivores, dépendant de la densité des espèces de plantes, sur les populations d'espèces végétales moins communes. Au contraire, pour les espèces végétales plus communes, il existe une corrélation négative entre la densité des populations végétales et la pression d’herbivorie. La force de la relation entre la densité des populations végétales et la pression d’herbivorie est négativement corrélée avec l'abondance des espèces végétales au sein des communautés locales. Cette observation est cohérente avec l’influence attendue des herbivores sur la régulation de l'abondance et de la coexistence des différentes espèces végétales formant les communautés. En résumé, cette thèse contribue à la compréhension fondamentale des mécanismes régissant la distribution des bactéries foliaires et l'assemblage de leurs communautés sur les feuilles des plantes le long d’un gradient latitudinal, solidifiant ainsi les connaissances de base nécessaires pour prédire les transformations dans la distribution géographique et écologique des microbiomes foliaires dans un contexte de changements globaux. L'identification de l’effet des interactions entre les microbiomes aériens et souterrains dans la régulation de la relation entre diversité végétale et productivité met en évidence l’importance cruciale d’intégrer divers groupes de micro-organismes dans l'étude de leurs impacts sur le fonctionnement des écosystèmes. L'étude de la relation entre la densité des populations végétales et la pression d’herbivorie pour de multiples espèces végétales coexistantes a révélé le potentiel des insectes herbivores à influencer l'abondance des espèces de plantes par le biais d'effets discordants sur les populations végétales. Dans son ensemble, à travers ses études à grande échelle impliquant un large éventail d'espèces végétales, cette thèse apporte de nouvelles perspectives globales sur les causes et les conséquences des interactions multitrophiques associées aux feuilles des plantes.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bactéries associées aux feuilles, interactions plantes-insectes herbivores, assemblage de communautés, biogéographie, spécialisation de l'hôte, évolution, diversité forestière, fonctionnement des écosystèmes.
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Kembel, Steven W. |
| Mots-clés ou Sujets: |
Écologie foliaire / Feuilles / Relations plante-micro-organisme / Relations insecte-plante |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département des sciences biologiques |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
07 juin 2024 14:15 |
| Dernière modification: |
07 juin 2024 14:15 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/17761 |
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