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FONCTION/ FUNCTION

Doctorante au sein de l’Unité de Recherche « Ecologie des Forêts Méditerranéennes » rattachée au Département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques (EFPA). /Doctoral student at Research Unit ‘Ecology of Mediterranean Forests’

Contrat de thèse de février 2017 à janvier 2020/ Thesis contract from February 2017 to January 2020

Encadrants/Supervisors: Thomas Boivin & François Lefèvre

SUJET DE RECHERCHE/ RESEARCH TOPIC (English below)

Identifier les conséquences démogénétiques de la prédation des insectes sur les graines avant dispersion dans les populations d'arbres forestiers

Les interactions biotiques sont des processus clés dans la dynamique et le fonctionnement des écosystèmes. Au sein des écosystèmes forestiers, les insectes prédateurs des graines avant dispersion (IPGD) figurent parmi les herbivores les plus importants des structures reproductrices des arbres. Cette prédation peut potentiellement induire des changements de dynamique de population des arbres en affectant directement leur succès reproducteur et ultérieurement le recrutement de nouveaux individus. Bien que la perte moyenne de graines due aux insectes soit reconnue comme pouvant atteindre des niveaux élevés, les impacts éventuels de cette prédation sur la valeur sélective des arbres et sur les trajectoires démographiques et génétiques des populations d'arbres restent peu étudiées.

Dans ce cadre, mes recherches visent à identifier les facteurs de variation interindividuelle des taux de prédation des graines et les conséquences démogénétiques d'une telle variation à l'échelle de la population d'arbres. Pour ce faire, je mène une approche intégrée combinant à la fois des axes empiriques et de modélisation.

Le premier axe consistera à caractériser la dynamique spatio-temporelle des IPGD parallèlement aux patrons de fructification des arbres. L’analyse statistique de données expérimentales de la production et de la prédation des graines à l’échelle de l’arbre sera conduite en utilisant divers systèmes hôtes-IPGD, par ex. le système arbre Cedrus atlantica –hyménoptère séminiphage Megastigmus dans le sud de la France.

 Dans le deuxième axe, une approche de modélisation sera développée pour prédire les changements possibles induits par la prédation à la fois à l’échelle individuelle et populationnelle. Pour cela, on utilisera les patrons des IPGD et de fructification précédemment observés pour implémenter des modèles de dynamiques de populations d'arbres confrontés à la prédation des graines. Par conséquent, l'analyse des simulations d’attaques de graines au sein de diverses populations d'arbres structurées spatialement permettra d'inférer les impacts possibles des IPGD sur la démographie et la génétique de ces peuplements. La généralisation d'une telle approche théorique à d'autres systèmes hôtes  IPGD constituera un axe de recherche final pour ma thèse.

En abordant ces questions innovantes dans le domaine des interactions plantes-insectes, ce travail apportera un éclairage critique sur les implications potentielles des IPGD dans la démogénétique des écosystèmes forestiers. Il pourrait éventuellement fournir des pistes de gestion appliquée aux risques sanitaires sur les matériels de reproduction et à la conservation des forêts.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ERA-net BiodivERsA SPONFOREST visant à évaluer les processus d'établissement spontané des forêts ainsi que leur fonctionnement. Pour plus d'informations, cliquer sur le lien suivant : www.biodiversa.org/1024

MOTS CLES/ KEY WORDS

masting – prédation des graines avant dispersion – Megastigmus – diapause – diversité génétique – modèle individu centré – densité hôte – relation prédateur proie – effets Allee – conifères – distribution spatiale

/ masting – pre-dispersal seed predation – Megastigmus – diapause – genetic diversity – individual based model – host density – predator prey relationship – Allee effects – conifers – spatial distribution

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‘ENGLISH VERSION’

Unravelling the demogenetic implications of insect pre-dispersal seed predation in forest tree populations

Biotic interactions are key processes of ecosystems’ functioning. Within forest ecosystems, pre-dispersal insect seed predators (PDISP) are among the most important herbivores of tree reproductive structures. Their feeding activity might induce changes in tree population dynamics by affecting tree reproductive success and subsequent recruitment of new individuals. Despite average seed loss to insects being acknowledged to reach high levels, the possible implications of PDISP on individual tree fitness and, therefore, on the demographic and the genetic trajectories of tree populations remain poorly understood. In this context, my research aims at identifying the factors of variation in seed predation rates by insects among trees and the demogenetic consequences of such variation at population scale.

For this purpose, I conduct an integrative approach combining empirical and modelling axes. The first axis will consist in characterizing the spatiotemporal dynamics of PDISP alongside host fructification patterns. Statistical analyses of experimental data sets of both individual seed production and seed predation rates are carried out using various PDISP-host systems, e.g. masting tree-wasp system (Cedrus atlantica - Megastigmus) in Southern France. In the second axis, a modelling approach is developed to simulate possible predation driven changes at individual tree and population levels. Previously observed PDISP and fructification patterns are used to parametrize tree population dynamic models facing insect seed predation. Hence, simulation analyses of PDISP ²attacks in various scenarios of spatially structured tree populations enable inferring PDISP’s potential impacts on tree population demography and genetics. Generalization of such theoretical approach to other PDISP-host systems will constitute a final research axis to my thesis.

By addressing novel issues in the field of plant-insect interactions, this work will shed critical light on the potential implications of PDISP in the demogenetics of forest ecosystems, and give practical hint for forest health and conservation issues. This thesis is part of the ERA-net BiodivERsA ‘Sponforest’ project, which aims at assessing spontaneous forest establishment processes and functioning. For more information, see: www.biodiversa.org/1024

Cedar trees at the Petit Luberon Massif (Vaucluse)

(*)PDISP: pre-dispersal insect seed predators

(**) genetic diversity:  genetic diversity is defined here as the number of effective reproductive trees