Responsable
Collaborateurs
Mélanie Roy, Mélissande Nagati
Problématique
a) cadre théorique
Les forêts boréales représentent un point chaud de diversité pour les champignons ectomycorhiziens [1], symbiotiques des racines des arbres [2] comme les épinettes, bouleaux et peupliers. Ces champignons, souvent généralistes, peuvent s’associer à plusieurs individus voire espèces d’arbres, formant ainsi de potentiels réseaux (ecto)mycorhiziens communs (RMC, partage de symbiote(s) mycorhizien(s) entre les racines de plusieurs arbres) [3,4]. Cependant, ce fonctionnement en réseau reste souvent hypothétique [5], et en démontrer l’existence requiert des expériences au long terme [6,7], généralement guidées par la détection a priori des champignons partagés.
Au Québec, les données acquises en forêt boréale ont permis de supposer le fonctionnement de RMC, et leur impact positif sur la croissance et la survie de jeunes sapins baumiers (Abies balsamea) [8,9]. Une expérience de suivi des réseaux mycorhiziens, incluant des sapins plantés avec ou sans accès au réseau a été initiée, et se termine en 2023. Cette expérience est la première à être menée en forêt boréale du nord du Québec et offre l’opportunité non seulement de tester l’importance des champignons partagés, mais aussi d’identifier de tels champignons par le biais du séquençage (metabarcoding) [10] de l’ADN associé aux racines. En effet, l’identité des champignons peut influencer la nutrition et la survie des plantules [11], et identifier de tels champignons peut devenir un élément clé pour des projets de restauration en forêt boréale.
b) problématique
L’importance des champignons ectomycorhiziens pour la croissance, la productivité et la survie des forêts boréales est globalement reconnu. Toutefois, la façon dont ces communautés de champignons se structurent au sein des peuplements forestiers boréaux et la présence de RMC n’a été que très peu étudiée. Une meilleure connaissance de ces communautés est donc nécessaire afin de comprendre leur rôle dans la valeur sélective des jeunes arbres mais aussi leur contribution à l’adaptation des forêts boréales au changements globaux. Le sapin baumier semble être favorisé à proximité des forêts de feuillus (peuplier faux tremble [Populus tremuloides]), et l’expérimentation sur les RMC permettrait de tester non seulement la présence de RMC fonctionnel dans ces forêts du Nord du Québec, mais aussi leur lien à la dynamique forestière et notamment la migration des sapins baumiers plus au nord.
Objectifs
Ce projet a pour objectif (1) de collecter les données finales d’une expérimentation innovante établie en 2020 dans le Nord-du-Québec, ayant pour objectif de tester si la présence d’un réseau ectomycorhizien commun pourrait favoriser la migration et la croissance des jeunes sapins baumiers en forêt boréale. Ce projet vise à (2) réaliser des mesures destructives servant à identifier les effets de l’accès au RMC sur la valeur sélective des jeunes arbres et notamment sur la croissance, le taux de mycorhization, la nutrition, la signature isotopique des feuilles, et (3) à préparer les échantillons pour l’analyse des symbiotes racinaires par metabarcoding permettant d’identifier les espèces ectomycorhiziennes formant de potentiels RMC en forêt boréale. Ce projet sera réalisé avec l’appui d’une chercheuse postdoctorale (M. Nagati), et fera l’objet d’un stage pour une personne étudiante hébergée au sein de la FERLD et inscrite au microprogramme de 1er cycle en initiation à la recherche en environnement.
Méthodologie
Le protocole a été établi en 2020 dans le secteur du Nord-du-Québec, à une quarantaine de kilomètre au Nord d’Authier-Nord. Des semis de sapin baumier ont été plantés suivant 4 traitements différents :
- plant entouré d’un cylindre troué et dont les orifices sont couverts d’un filet avec une maille de 1 μm (effet du sol sur les racines uniquement)
- plant entouré d’un cylindre troué et dont les orifices sont couverts d’un filet avec une maille de 50 μm (effet du sol et des réseaux mycorhiziens uniquement)
- plant entouré d’un cylindre troué et dont les orifices ne sont couverts d’aucun filet (effet du sol, des racines et des réseaux mycorhiziens)
- plant sans cylindre (témoin)
Ce traitement a été répliqué dans trois différents peuplements forestiers (feuillu, résineux ou en présence de plantes éricacées), puis dans 5 blocs et enfin dans 3 sites, pour un total de 180 sapins étudiés.
Les données de croissance pour 2021 et 2022 sont déjà disponibles, et les plants encore vivants seront récoltés afin d’obtenir les mesures destructives telles que la biomasse racinaire et aérienne, la surface et l’architecture racinaire, le dosage du carbone et de l’azote des aiguilles, ainsi que leur concentration en isotopes du carbone et de l’azote (des mesures pouvant varier selon la dépendance aux champignons ectomycorhiziens [12]). Les apex mycorhiziens seront prélevés et conservés à basse température afin de pouvoir permettre une future extraction d’ADN (une extraction composite par plantule, en regroupant les apex).
L’influence des différents traitements (largeur de maille et composition du peuplement) sur les caractéristiques physiques, chimiques et isotopiques des racines, ainsi que sur la croissance des plants, seront analysés à l’aide d’analyses de la variance mixtes à deux facteurs.
L’obtention de financements complémentaires dans le cadre de collaborations avec Christine Martineau (Service Canadien des Forêts) et Mélanie Roy permettra à terme de réaliser l’extraction et le séquençage d’ADN pour identifier les champignons en choisissant un marqueur court (ITS2 [13]). L’analyse de ces séquences se fera à l’aide d’outils bioinformatiques [14] et permettra l’identification de séquences appartenant aux champignons ectomycorhiziens [15]. Il sera ainsi possible d’identifier de potentiels réseaux et d’évaluer la fonctionnalité des communautés du sol [16].
Retombées escomptées
Ce projet permettra de valoriser une expérimentation unique en forêt boréale, en assurant la première étape de l’analyse par l’obtention des données destructives et en préparant la seconde étape d’identification des champignons. La réalisation du stage offrira une introduction à la recherche à une personne étudiante de premier cycle, pouvant servir de porte d’entrée pour une continuation vers les cycles supérieurs. Il s’agira aussi d’une contribution aux recherches de la chercheuse postdoctorale M. Nagati, lui offrant l’opportunité de contribuer à l’encadrement d’un ou une stagiaire.
Les travaux réalisés au sein de ce projet permettront de valider et d’améliorer le dispositif expérimental pour son application dans de nouveaux contextes environnementaux, par exemple liés à la succession forestière et aux vieilles forêts. Nous projetons notamment de disposer, sous la direction de M. Martin, un dispositif similaire au sein des placettes d’un gradient de succession forestière (60 à 265 ans depuis le dernier feu [17]), établies dans les années 1990 par Yves Bergeron dans la zone de conservation de la Forêt d’Enseignement et de Recherche du Lac Duparquet. Ce nouveau dispositif rendra par exemple possible de déterminer comment les changements d’espèces et de structure résultant du vieillissement de la forêt influent sur les RMC. Il s’agira d’un axe de recherche novateur mettant à profit les expertises spécifiques de M. Martin et M. Roy, tout en valorisant des dispositifs expérimentaux établis depuis près de 30 années au sein de la FERLD.
Les résultats de ce projet seront présentés dans un rapport produit par le ou la stagiaire, et diffusés dans le cadre de congrès scientifiques (par ex. colloque du Centre d’Étude de la Forêt, congrès annuel de la Chaire AFD UQAM-UQAT). A terme, les données obtenues seront utilisées pour la préparation d’un article scientifique soumis dans une revue rédigée par les pairs, dont M. Nagati sera la première auteure, et en incluant Monique Gardes (Université Toulouse 3 Paul Sabatier), Annie DesRochers (IRF-UQAT), Yves Bergeron (IRF-UQAT) et Mélanie Roy, qui ont contribué à la conception de l’expérience. Étant donné que la préparation, soumission et publication d’un article scientifique demande souvent plus d’une année, ce livrable n’est toutefois pas considéré dans les livrables attendus dans le cadre de la réalisation du projet court.
Ce projet permettra enfin de préparer des échantillons pour de futures analyses ADN, qui nécessiteront l’obtention de financements complémentaires pour être réalisés. La combinaison de ces nouvelles données avec celles précédemment obtenues serviront alors de base à une nouvelle publication scientifique, accompagnée de communications (présentation orales, affiches) lors d’évènement scientifiques.
Applicabilité
Voir partie "Retombées"
Livrables
Voir partie "Retombées"
Avancement
Demande en cours d'évaluation auprès de la FUQAT, réponse en mai 2023.
Organismes subventionnaires
FUQAT (en évaluation)
Financement annuel
En évaluation
Durée
2023-2024