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31326 Castanet Tolosan cedex - France

Dernière mise à jour : Mai 2021

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UMR PIAF

UMR PIAF

Unité

Présentation générale de l'unité 

Quelle est l'histoire du PIAF ?

Le PIAF a récemment fêté ses 25 ans ! C’est l’une des premières unités mixtes de recherche à avoir été créée entre une Université (l’UBP à l’époque) et l’INRA, avant même le statut d’UMR. L’idée était de faire travailler ensemble des chercheurs de disciplines différentes mais complémentaires autour d’un même objet, l’arbre. Ainsi, des agronomes et des bio-climatologues de l’INRA travaillant à l’échelle de la plante entière se sont associés à des physiologistes et des bio-chimistes abordant les mêmes questions mais à des échelles cellulaires, défrichant ce qui allait devenir la biologie intégrative. Le PIAF a ensuite encore élargi sa palette en allant de la mécanique et la thermique à la génomique fonctionnelle et la physiologie moléculaire, et en s’ouvrant à la diversité des arbres et de leurs différents usages (forestiers, fruitiers, mais aussi urbains ou agroforestiers).

Quels sont les atouts de cette unité ?

Le premier atout du PIAF est une pratique réelle de l’interdisciplinarité physique- biologie qui lui permet de jouer un rôle fédérateur dans cette nouvelle frontière des sciences du végétal.  Le deuxième est l’implication effective des personnels UCA et INRA au sein des mêmes équipes, ce qui permet interdisciplinarité et articulation entre recherche, enseignement et diffusion de la culture scientifique. C’est enfin un collectif équilibré en terme humains, à la fois entre genres et entre métiers (technicien.e.s , ingénieur.e.s, chercheur.e.s, enseignant .e .s - chercheur.e.s). Cela permet beaucoup d’innovations expérimentales, mais aussi un bon équilibre entre aspects fondamentaux et finalisés ; et de la convivialité !.

Quels objectifs scientifiques fondamentaux et finalisés poursuit le PIAF aujourd'hui ?

Nos recherches portent principalement sur les réponses des arbres aux facteurs physiques de l’environnement affectés par le bouleversement climatique (hydrique, thermique, mécanique –le vent- ) et déterminant leur acclimatation ou survie. Pour cela, nous étudions le développement architectural et le fonctionnement de l’arbre sur l'ensemble de son cycle annuel, avec une attention particulière aux effets des fluctuations environnementales (sècheresse, coup de chaud ou de froid, coup de vent). Le but est d’identifier des génotypes ou écotypes d’arbres plus résistants/résilients, de proposer des modes de conduite améliorant la durabilité, et de prévoir les modifications d'aires de répartitions des espèces en fonction du changement climatique. Par exemple nous proposons des modes de conduite des vergers pour limiter le développement des bioagresseurs et donc le nombre de traitements phytosanitaires, et essayons même de transposer ce que nous avons appris avec les arbres, champions de la résilience, sur les cultures annuelles !

Projets scientifiques des équipes de l'unité

SurEau : Sureté hydraulique et résistance à la sécheresse des arbres

Les modèles climatiques globaux prévoient une augmentation de la fréquence et de l’intensité des sècheresses avec des conséquences attendues sur les dépérissements forestiers. Mieux prédire ce risque est un enjeu majeur la gestion de ces écosystèmes. Les recherches de l’équipe SurEau portent sur l’analyse des mécanismes de résistance et de survie des arbres aux sécheresses extrêmes. Nos travaux sont principalement centrés sur le mécanisme d’ascension de la sève dans l’arbre. En effet, en situation de sécheresse, des bulles d’air envahissent le système vasculaire et provoquent la mort de l’arbre par embolie. Les espèces plus résistantes à ce risque d’embolie sont plus résistantes à la sécheresse. Nos travaux actuels portent sur l’analyse et la modélisation de la dynamique d’induction de l’embolie et, ainsi, sur les marges de survie des arbres en sécheresse. Nous cherchons aussi à caractériser la variabilité génétique et les capacités d’acclimatation des espèces à cette contrainte.

MECA : bioMÉCAnique intégrative de l'arbre

MECA est une équipe interdisciplinaire de biomécanique intégrative associant des biomécaniciens, des écophysiologistes et des physiologistes moléculaires. Elle analyse les réponses des arbres au vent et à la gravité autour d'une question générique : «comment les arbres tiennent-ils debout longtemps tout en déployant leur architecture dans un environnement mécanique fluctuant ?». Dans un contexte de changements climatiques où la fréquence des tempêtes pourrait augmenter à vent courants plus faibles, cette question des mécanismes permettant l’acclimatation et la résilience au vent est devenue cruciale. A l'échelle macroscopique des arbres en conditions naturelles nous construisons des modèles biomécaniques de perception-réponse permettant d'identifier, de hiérarchiser et de formaliser les mécanismes physiques et biologiques en jeu. Les travaux à l'échelle moléculaire se focalisent sur les évènements précoces, et en particulier sur l’identification des gènes déterminant la sensibilité mécanoperceptive et ses régulations.

MEA : Micro Environnement et Arbres

Le projet de l’équipe ‘Micro-Environnement et Arbre’ vise à étudier les interactions entre le fonctionnement de l’arbre, son environnement thermique, lumineux ou minéral fluctuant et son architecture. Les fonctions biologiques étudiées se rapportent principalement à l’acquisition et la gestion des ressources carbonées et azotées et leurs interactions. Les variables physiques caractérisant l’environnement sont nombreuses mais l’équipe se focalise sur la température des organes par opposition à la température de l’air.  L’équipe MEA décline ses actions de recherche sur des enjeux finalisés : (i) la gestion des bioagresseurs via la modification de l’architecture et l’induction du système de défense des plantes, (ii) la vulnérabilité des systèmes arborés au changement climatique, notamment l’acclimatation au froid des arbres pour contribuer à la sélection variétale face au risque de gel (automne et printemps), et (iii) la vulnérabilité des villes au changement climatique (îlot de chaleur urbain) et les leviers d’adaptation seront abordés via l’étude du rôle des arbres (ombrage vs transpiration) sur le climat thermique urbain.

FolEau : Ecogénomique fonctionnelle du transport de l'eau dans la feuille en régime hydrique fluctuant

L'équipe FolEau est jeune, elle a été créée au 1er janvier 2017 à l'issue de l'évaluation HCÉRES du PIAF. L'équipe FolEau s'intéresse aux mouvements d'eau dans la feuille. En effet, chez toutes les plantes l'eau, élément vital, est puisée dans le sol, transportée vers les feuilles (photosynthèse), puis évaporée dans l'atmosphère. Notre équipe cherche à comprendre comment la molécule d'eau est transportée du système circulatoire (les nervures) vers des cellules "spongieuses" à la surface desquelles l'eau se vaporise. Les voies de transport à l’œuvre impliquent des protéines très spécialisées qui permettent le passage de l'eau au travers des membranes cellulaires. Ce sont des aquaporines. Il en existe plusieurs centaines chez les arbres et les variations de leur séquence protéique déterminent leur performance dans la fonction de transporteur d'eau. Nous travaillons actuellement à découvrir les déterminants moléculaires de cette fonction et tentons d'imaginer comment exploiter cette variabilité pour aider à la sélection d'arbres plus tolérants à la sécheresse.

Organigramme