PIOLA Florence MCU, HDR
Enseignant chercheur : EVZH
Responsable scientifique : Ecologie Moléculaire
Université Lyon 1
CNRS, UMR 5023 - LEHNA,
Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés
6, rue Raphaël Dubois - Bât. Forel
F-69622 Villeurbanne Cedex FRANCE
(+33) 04 72 43 29 55 (+33) 04 72 43 11 41
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- MOTS CLES
Organismes végétaux, stratégies, performances, invasion, dispersion, construction de niche, cycle de l’azote, interactions biotiques, écologie chimique, évolutionActivités de recherche et résultats récentsMes travaux de recherche concernent l’écologie des organismes végétaux et s’appuient principalement sur des espèces dites « invasives » car elles représentent des modèles particulièrement riches en écologie. Elles offrent en effet des scénarios écologiques et évolutifs permettant de tester des théories fondamentales et de mieux comprendre l’assemblage des communautés, les performances des organismes et les interactions entre espèces. Les invasions végétales sont des processus au travers desquels une espèce rare ou absente s’établit et domine rapidement dans une communauté (Tilman 2004). L’établissement d’une telle espèce, sa prise de dominance et l’expansion importante par la colonisation de nouveaux espaces relèvent de trois facteurs: 1) les traits de l’espèce, lui conférant performances et aptitude compétitive, 2) la sensibilité de l’écosystème receveur, définissant son degré d’invasibilité et 3) la relation entre les deux précédents facteurs définissant alors le succès de l’espèce.Deux modèles m’ont permis d’étudier les rôles de certains traits fonctionnels dans les stratégies et les performances des organismes végétaux et d’aborder différents concepts en écologie : les renouées asiatiques (complexe polyploïde Fallopia) et les jussies (genre Ludwigia).
Modèle Fallopia (Renouées asiatiques):
Afin de comprendre les mécanismes qui sous-tendent les performances du complexe d’espèces Fallopia, mon projet propose une étude intégrée au travers de différentes approches :
1) une étude approfondie des composés chimiques des espèces du complexe Fallopia en collaboration avec le CESN (Centre d’Etude des Substances Naturelles, UMR 5557 LEM, Université Lyon 1, G. Comte, F. Bellvert) et l’EA 4215 Laboratoire de Chimie des Biomolécules et de l'Environnement (Université de Perpignan, C. Bertrand): le pouvoir allélopathique de ces plantes a été démontré (Bertrand et al. 2008) et nous avons identifié les composés des cocktails chimiques présents chez le modèle Fallopia. Nous avons montré que les hybrides interspécifiques F. x bohemica expriment les familles de composés des espèces parentales mais que les cocktails chimiques de ces hybrides diffèrent entre les génotypes. En outre, certains phénotypes transgressifs présentent des traits chimiques inédits (Piola et al. 2013).
2) une étude approfondie des relations biotiques :
- entre l’espèce introduite et les espèces résidentes de la communauté d’accueil: l’influence de certaines espèces végétales sur l’établissement de deux formes de propagules de F. x bohemica (graines et fragments de rhizome) est testée dans le cadre de l’étude de l’invasibilité des écosystèmes. Dès son introduction, l’espèce est en compétition avec les espèces résidentes de la communauté d’accueil. La compétition est un mécanisme qui s'instaure pour l'appropriation d'une ressource présente en quantité limitée dans l'environnement. Il peut s'agir d'une ressource nutritive (lumière, eau, sels minéraux) ou d'une appropriation de l'espace. Dans ce cadre, le principe de l’exclusion compétitive (Gause 1934) postule que si deux espèces sont en compétition pour une même ressource, l’une finit par exclure l’autre. Un corolaire est la théorie de la limiting similarity (McArthur et Levins 1967 ; Abrams 1983) : deux espèces avec des niches écologiques identiques ne peuvent coexister, la plus compétitive élimine l’autre. Elle stipule que la présence dans l'écosystème d'une espèce fonctionnellement semblable à l'espèce introduite (donc qui utilise le même type de ressources) limite la colonisation et l'établissement de l'espèce nouvelle. Les communautés qui résistent à la pullulation d’une espèce nouvellement introduite ont déjà une ou des espèces fonctionnellement similaires à celle-ci (Fargione et al. 2003). Notre étude vise, dans le cadre du développement de méthodes de gestion innovantes et durables reposant sur les principes de résistance biotique, à déterminer, si la présence d’espèces locales possédant des traits similaires à l’espèce envahissante offre une résistance à la colonisation et à la prolifération. Les traits choisis pour cette étude sont les traits d'architecture spatiale aérienne et souterraine des espèces locales.
De plus, nous avons choisi de prendre en compte les traits chimiques des espèces résidentes et nous avons montré que l’espèce introduite pouvait être sensible à des composés chimiques produits par des compétitrices résidentes, suggérant le rôle des métabolites secondaires dans la résistance d’une communauté à l’installation d’une espèce (Popovici et al. 2011 ; Christina et al. 2015).
- entre l’espèce introduite et les bactéries impliquées dans le cycle de l’azote en collaboration avec l’UMR 5557 Ecologie Microbienne (Université Lyon 1, F. Poly). Nous avons tout d’abord montré que les activités de dénitrification étaient inhibées in situ par la plante invasive (Dassonville et al. 2011), en ouvrant sur des perspectives innovantes du lien métabolome et modifications des activités microbiennes. Nous avons poursuivi ces travaux dans le cadre de la thèse de Clément Bardon (2011-2014) que j’ai co-dirigée. Nous avons montré que les métabolites secondaires végétaux étaient impliqués dans l’inhibition de la dénitrification, mettant ainsi en évidence une inhibition biologique de la dénitrification (Bardon et al. 2014). Nos travaux ont permis également d’identifier les molécules impliquées (Bardon et al. sous presse) et les mécanismes moléculaires à l’origine de l’inhibition d’activité microbienne. La réduction de la dénitrification par la plante peut être considéré comme un processus de construction de niche avec une rétroaction positive possible vers la plante puisque la réduction de la dénitrification limiterait les pertes d’azote et entrainerait une accumulation dans la rhizosphère, de nitrates directement assimilables par la plante. La construction de niche est décrite comme un processus par lequel les organismes modifient activement leur environnement que ce soit physiquement, chimiquement ou nutritionnellement. En retour, la constitution et le maintien de telles niches influent sur leur évolution et celles des autres organismes présents dans l’écosystème (Odling-Smee et al. 2003). Mes travaux se poursuivent actuellement dans ce cadre.
- entre l’espèce introduite et différentes espèces de fourmis : la production de nectar extra-floral par les jeunes tiges de l’espèce végétale lui confère un pouvoir d’attraction pour des fourmis « gardes du corps ». Les interactions plante-fourmis pourraient être en partie liées à la présence de certains acides aminés dans le nectar extra-floral. L’influence de la composition du nectar, qu’elle soit génétique et/ou liée aux conditions abiotiques, sur le comportement des fourmis « gardes du corps » pourrait avoir des conséquences évolutives fortes tant au niveau des différents partenaires que sur la nature des interactions qu’ils entretiennent. 
3) une approche moléculaire en collaboration avec Evelyne Martel (UMR 5023 LEHNA) et Cristina Viera et Matthieu Boulesteix, (UMR 5558 LBBE) permettant d’identifier les familles d’éléments transposables au sein des génomes des trois taxons du complexe Fallopia, et de tester l’existence d’une corrélation entre la charge en transposons des génomes et la capacité de colonisation au sein de ce complexe d’espèces. En effet, les éléments transposables (ET) sont des séquences d’ADN mobiles qui représentent une part importante des génomes eucaryotes. Ils sont considérés comme des sources majeures de variabilité génétique qui peuvent avoir un rôle important sur la capacité évolutive des génomes (the TE-Thrust hypothesis, Oliver et Greene 2011). Les espèces invasives sont des espèces hautement performantes capables de coloniser des habitats nouveaux. Cette capacité d’adaptation et de colonisation pourrait être associée à une mobilisation des éléments transposables, comme suggéré par Capy et al. 2000, Kalendar et al. 2000 et Vieira et al. 2002.
4) une étude portant sur les traits de dispersion et sur le comportement des propagules sexuées et asexuées des renouées vis à vis du milieu aquatique car les berges des cours d’eau sont très fortement colonisées par les renouées. Les cours d’eau peuvent constituer des vecteurs de dispersion efficaces pour les espèces végétales colonisant les berges, favorisant ainsi la migration des espèces vers de nouvelles aires de répartition, y compris pour les espèces qui ne sont pas a priori adaptées à ce mode de dispersion. Les traits de dispersion des propagules (végétatives et sexuées) sont donc importants pour le succès d’une espèce. Nous avions montré que les akènes de Fallopia étaient capables de flotter et que le séjour dans l’eau n’affectait pas la viabilité des akènes (Rouifed et al. 2011). Ces études se poursuivent dans le cadre de la thèse de B. Lamberti-Raverot (2012-) que je co-dirige. Les objectifs de cette thèse sont d’étudier 1) les stratégies mises en œuvre par ce taxon terrestre conduisant à une dispersion en milieu aquatique, et 2) les paramètres de cours d'eau impliqués dans la dispersion et la colonisation des berges.
5) une approche sociale : en effet, l’écologie des invasions biologiques est un domaine très largement étudié par les écologues mais qui comporte une forte dimension humaine, relative à la représentation de la nature, susceptible d’introduire des confusions dans les discours et des biais importants dans les choix de gestion de ces espèces. Une question fondamentale que nous nous posons est : existe-t-il une évaluation subjective de l’invasion ? Nous avons développé, en collaboration avec Marylise Cottet, Anne Honegger et Yves-François Le Lay (UMR 5600 EVS) et Patrick Rateau et Dominique Lassare (Université de Nîmes), une approche interdisciplinaire intégrant représentations sociales et sciences écologiques permettent de mieux appréhender ces systèmes complexes que sont les écosystèmes « envahis » et par conséquent les choix de gestion de ces écosystèmes. La première partie de cette étude concerne les représentations véhiculées par les discours écrits et a été publiée en 2015 (Cottet et al. 2015).
Modèle Jussie :
Ludwigia grandiflora (Michaux) Greuter and Burdet and L. peploïdes (Kunth) Raven sont des végétaux aquatiques particulièrement performants susceptibles d’endommager fortement les écosystèmes par une pullulation excessive. Le pouvoir allélopathique de ces plantes a été récemment mis en évidence sans toutefois parvenir à détecter et identifier dans le milieu aquatique les composes chimiques impliqués. Mes travaux, en collaboration avec Cédric Bertrand (EA 4215 Laboratoire de Chimie des Biomolécules et de l'Environnement, Université de Perpignan) et le CESN (UMR 5557 LEM, Lyon 1) ont permis d’identifier des métabolites secondaires exprimés dans les différents organes de la plante. De plus, nous menons des expérimentations en mésocosmes afin d’approfondir le rôle de la compétition interspécifique dans l’établissement de cette espèce. - ENSEIGNEMENTS
Biologie végétale, Ecologie végétale, Reproduction et développement chez les végétaux, Amélioration des plantes, Physiologie végétale
RESPONSABILITES
Co-responsable du M1 du futur Master Biologie Végétale Responsable de l’UE «Biotechnologies Végétales et Amélioration, Master 2 Pro « Phytoressources » Responsable de l’UE « Ecologie végétale », L3
Autres responsabilités - membre élue du Conseil Scientifique de l’Université Lyon 1 (désormais Commission Recherche du CAC) depuis 2004 - membre élue du Conseil du département de Biologie depuis 2002 - nommée du Conseil scientifique de la Fondation Vérots depuis janvier 2015 - FONCTION
Maître de Conférences des Universités Hors Classe
CARRIERE ET TITRES UNIVERSITAIRES
Doctorat en 1996 (Lyon 1)
Recrutement maître de conférences (Université Lyon 1) en 1998 1998-2007: Laboratoire de Biologie micromoléculaire et phytochimie devenu EA 3731 Génome et Evolution des Plantes Supérieures (Lyon 1)
Depuis 2007: UMR 5023 Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA), équipe Ecologie Végétale et Zones Humides
RESPONSABILITES SCIENTIFIQUES ET ADMINISTRATIVES
- Membre élue du Conseil Scientifique de l’Université Lyon1 depuis 2004
- Membre élue du conseil du département de Biologie depuis 2002
- Membre élue du comité de sélection 67-68 de 2010 à 2014
- Membre nommée (par le conseil de département de Biologie) à la commission Recherche de la FST
- Responsable de la plateforme « Serre et Chambres climatisées » de l’IFR 41 de 2006 à 2010.
- Membre nommée du Conseil scientifique de la Fondation Vérots depuis janvier 2015 - Sous Presse Cantarel, A., Signoret, A., [...], Béraud, C., Boisselet, C., [...], Lobreau, C., Louvez, E., [...], Piola, F. Biological inhibition of denitrification (BDI): an early plant strategy for Fallopia x bohemica seedling development.. Annals of Botany, ⟨10.1093/aob/mcad174⟩2024 Béraud, C., Cantarel, A.A.M., [...], Boisselet, C., Poussineau, S., Lacroix, E., Piola, F., 2024 - Impact of two acquisitive plants on N cycle on different soils: The invasive Fallopia japonica does it and so does the native Dactylis glomerata!. Applied Soil Ecology, 200, pp.105467. ⟨10.1016/j.apsoil.2024.105467⟩.2024 Béraud, C., Piola, F., [...] Creuzé Des Châtelliers, C., Delort, A., Boisselet, C., Poussineau, S.,, Lacroix, E., Cantarel, A.A.M., 2024 - Biological denitrification inhibition (BDI) on nine contrasting soils: An unexpected link with the initial soil denitrifying community. Soil Biology and Biochemistry, 188, pp.109188. ⟨10.1016/j.soilbio.2023.109188⟩2021 Barberis, L., Michalet, S., Piola, F., Binet, P., 2021 - Root fungal endophytes: identity, phylogeny and roles in plant tolerance to metal stress. Fungal Biology 125, 326e345. (10.1016/j.funbio.2020.11.011)2021 Galland, W., Haichar, F.E.Z., Czarnes, S., Mathieu, C., Demorge, J.L., Simon, L., Puijalon, S., Piola, F., 2021 - Biological inhibition of denitrification (BDI) in the field: Effect on plant growth in two different soils. Applied Soil Ecology, 159, 103857. ⟨10.1016/j.apsoil.2020.103857⟩2021 Hugoni, M., Galland, W., Lecomte, S., Bruto, M., Barakat, M., Piola, F., Achouak, W., Haichar, F.E.Z., 2021 - Effects of the Denitrification Inhibitor “Procyanidins” on the Diversity, Interactions, and Potential Functions of Rhizosphere-Associated Microbiome. Microorganisms, 9, 1406. ⟨10.3390/microorganisms9071406⟩2021 Navratil, O., Brekenfeld, N. Puijalon, S., Sabastia, M., Boyer, M., Pella, H., Lejot, J., Piola, F., 2021 - Distribution of Asian knotweeds on the Rhône River basin, France: A multi-scale model of invasibility that combines biophysical and anthropogenic factors. Science of the Total Environment 763, 142995. (10.1016/j.scitotenv.2020.142995)2020 Barberis, L., Chevalier, W., Toussaint, M-L., Binet, P., Piola, F., Michalet, S., 2020 - Responses of the species complex Fallopia x bohemica to single-metal contaminations to Cd, Cr or Zn : growth traits, metal accumulation and secondary metabolism". Environmental Monitoring and Assessment, 192(673:1-19.2020 Cantarel, A.A.M., Rouifed, S., Simon, L., Bourg, J., Gervaix, J., Blazère, L., Poussineau, S., Creuzé des Châtelliers, C., Piola, F., 2020 - In Nitrate-Rich Soil, Fallopia x bohemica Modifies Functioning of N Cycle Compared to
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2018 - Cottet, M.L., Rivière-Honegger, A., Evette, A., Piola, F., Rouifed, S., Dommanget, F., Vaudor, L., Valy, J., 2018 - Représentations et pratiques de gestion des renouées asiatiques : intègrent-elles les dynamiques à long terme des écosystèmes ? Géocarrefour - Revue de géographie de Lyon, Association des amis de la revue de géographie de Lyon, 92 (1).
Chapitre d'ouvrage
Bardon, C., Piola, F., Haichar, Z., Meiffren, G., Comte, G., Missery,B., Balby, M., Poly, F. Identification of B-type procyanidins in Fallopia spp. involved in biological denitrification inhibition (BDI). Environmental Microbiology
