Les plantes confrontées à un double problème : l’impact de la sécheresse et de l’herbivorie simultanées sur la variation chimique au sein d’une espèce

Aramee Diethelm parle de son article : ‘Les herbivores perturbent la variation clinale des réponses des plantes à la limitation en eau.‘

Facteurs façonnant les caractères des plantes

Les plantes, souvent perçues comme statiques, font preuve d’une résilience remarquable dans des environnements difficiles impliquant des ajustements rapides (réponses plastiques) et une évolution (réponses évolutives) pour faire face aux défis. La recherche s’est principalement concentrée sur des facteurs de stress uniques, malgré l’apparition croissante de plusieurs facteurs de stress simultanés résultant du changement global. Bien que des recherches limitées indiquent des différences dans les réponses aux traits des plantes entre les facteurs de stress simples et combinés, des facteurs tels que la biochimie de la plante, les ressources disponibles et l’histoire évolutive influencent ces réponses. À mesure que les plantes répartissent leurs ressources de manière stratégique, elles sont confrontées à des compromis entre divers facteurs de stress et processus biologiques. Par exemple, lorsque l’eau est limitée, les plantes peuvent donner la priorité à une utilisation efficace de l’eau, ce qui limite les investissements dans d’autres caractères.

Imposer du stress dans un environnement commun

Dans cette étude, nous avons examiné comment les plantes réagissent à différents types de stress, individuellement et en combinaison. Nous avons ensuite exploré comment l’histoire du stress environnemental au niveau des sources de semences affectait ces réponses. Nous avons émis l’hypothèse que lorsque la limitation en eau et l’herbivorie se produisaient simultanément, les réponses des plantes interagiraient de manière à s’opposer aux effets de chaque facteur de stress isolément. De plus, nous avons prédit que les plantes des zones plus humides, qui connaissent de plus grandes variations de déficit hydrique, présenteraient des réponses plus plastiques à la limitation en eau, mais que l’herbivorie limiterait cette plasticité. Nous avons utilisé l’asclépiade à feuilles étroites, une espèce largement répandue trouvée dans diverses conditions abiotiques, pour examiner les réponses physiques et chimiques aux facteurs de stress à court terme. A partir d’un jardin commun, nous avons mené une expérience factorielle croisant la limitation en eau et l’herbivorie.

Nous avons utilisé des graines collectées auprès de cinq populations traversant un gradient d’aridité dans le Grand Bassin, aux États-Unis. Nous avons précédemment démontré que la progéniture des plantes de ces populations répondait différemment à la limitation en eau, selon des schémas suggérant une adaptation locale à la disponibilité de l’eau.

Diversité chimique dans les plantes

Les plantes déploient une gamme diversifiée de produits chimiques secondaires pour se protéger contre les facteurs de stress biotiques et abiotiques. Les recherches en cours révèlent le potentiel d’effets synergiques précieux entre des composés, avec une diversité chimique croissante. L’asclépiade à feuilles étroites produit dans ses feuilles de fortes concentrations de produits chimiques secondaires toxiques, appelés flavonols. Les flavonols peuvent atténuer les dommages aux tissus végétaux dans des conditions de stress en raison de leurs propriétés antioxydantes.

Variation des traits

Nos résultats ont dévoilé une relation nuancée entre les caractéristiques des plantes, le stress environnemental et la pression des herbivores. Lorsque les plantes étaient confrontées seules à un manque d’eau, elles réagissaient en augmentant leur efficacité d’utilisation de l’eau, notamment en rétrécissant leurs feuilles et en réduisant la biomasse aérienne. Les plantes ont également modifié les niveaux de produits chimiques secondaires dans leurs feuilles, avec une plus grande uniformité dans l’abondance relative des flavonols. L’herbivorie à elle seule a conduit à une augmentation de la richesse en composés chimiques. Dans les deux cas, ces réponses ont entraîné une augmentation de la diversité chimique foliaire. Cependant, les plantes qui connaissaient à la fois une limitation en eau et un herbivorisme présentaient une diversité phytochimique similaire à celle des plantes témoins bien arrosées. Ce manque de plasticité dans la diversité chimique était associé à une réduction des taux de croissance relatifs.

Dégradés de réponse

Nous avons observé un schéma de changements dans les réponses aux traits des plantes le long du gradient d’aridité des emplacements sources de graines, suggérant une variation clinale. Un cline est un changement progressif et systématique d’un trait dans l’aire de répartition géographique d’une espèce en réponse à des conditions environnementales variables. Dans notre étude, les caractéristiques chimiques des feuilles, y compris à la fois les moyens constitutifs et les plasticités, correspondaient aux déficits hydriques au niveau des sources de graines. Les plantes provenant de sites plus secs ont présenté des réponses distinctes à la limitation en eau, entraînant des différences de diversité phytochimique par rapport aux plantes provenant d’environnements plus favorables et plus humides.

Le facteur herbivore

La capacité des plantes à s’acclimater aux limitations hydriques était influencée par les conditions climatiques historiques du site de collecte de graines ; cependant la présence d’herbivores a interféré avec ces ajustements. La cooccurrence des herbivores semble l’emporter sur la variation clinale des réponses des plantes, soulignant la complexité des interactions plante-herbivore.

Implications des réponses des plantes

Nos résultats suggèrent que les historiques de stress sur les sites sources de graines affectent la capacité d’une plante à s’adapter aux défis à court terme. De plus, cela suggère l’existence de compromis complexes dans la manière dont les plantes allouent leurs ressources pour contrer les différents facteurs de stress. Cette recherche souligne la nécessité de comprendre comment les espèces végétales répondent à des défis environnementaux multiformes, en particulier dans un monde soumis à un changement climatique rapide. Cette compréhension nous permet de prédire comment les populations végétales peuvent prospérer ou lutter dans un environnement changeant.