Diversity of water use efficiency among Quercus robur genotypes: contribution of related leaf traits

Magali Roussel; Didier Le Thiec; Pierre Montpied; Nathalie Ningre; Jean-Marc Guehl; Oliver Brendel

doi:doi:10.1051/forest/2009010

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Volume 66 / No 4 (June 2009)

Ann. For. Sci., 66 4 (2009) 408

Abstract

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Issue		Ann. For. Sci. Volume 66, Number 4, June 2009


Article Number		408
Number of page(s)		10
DOI		https://doi.org/10.1051/forest/2009010
Published online		06 May 2009

Ann. For. Sci. 66 (2009) 408
Number of pages: 10
DOI: 10.1051/forest/2009010

Diversity of water use efficiency among Quercus robur genotypes: contribution of related leaf traits

Magali Roussel, Didier Le Thiec, Pierre Montpied, Nathalie Ningre, Jean-Marc Guehl and Oliver Brendel

INRA, UMR1137 INRA - Nancy-Université "Écologie et Écophysiologie Forestières", IFR 110 54280 Champenoux, France

Received 29 April 2008; accepted 4 December 2008; Published online 6 May 2009

Abstract
• Previously, a large intra-specific diversity and a tight genetic control have been shown for ${\rm\Delta}$ ¹³C (carbon isotope discrimination) in a pedunculate oak (Quercus robur L.) family, which is an estimator for intrinsic water use efficiency ( $W_{\rm i}$ ), a complex trait defined as the ratio of net CO₂ assimilation rate (A) to stomatal conductance for water vapour ( $g_{\rm s}$ ).
• In the present study, twelve genotypes with extreme phenotypic values of ${\rm\Delta}$ ¹³C were selected within this family to (i) asses the stability of genotype differences across contrasting environments and for different measures $W_{\rm i}$ ; (ii) quantify the relationship between ${\rm\Delta}$ ¹³C and $W_{\rm i}$ within this family; (iii) identify which leaf traits drive the diversity in $W_{\rm i}$ observed in this family.
• Genetic variability of ${\rm\Delta}$ ¹³C and $W_{\rm i}$ was largely independent from different temporal integration scales and their correlation was found to be strong (R² = 88% for leaf sugars) within this family.
• Weak correlations between measures of $W_{\rm i}$ with estimators of photosynthetic capacity, suggest a minor role of the latter in the diversity of $W_{\rm i}$ .
• However, the tight correlation between $g_{\rm s}$ and ${\rm\Delta}$ ¹³C as well as $W_{\rm i}$ , and the related genotypic variation in stomatal density, suggest that the genotypic diversity in $W_{\rm i}$ within this pedunculate oak family might be due to differences in $g_{\rm s}$ .

Résumé - Diversité de l'efficience d'utilisation de l'eau entre différents génotypes de Quercus robur: contributions des traits foliaires.
• Une large diversité intra-spécifique et un fort contrôle génétique ont été mis en évidence pour ${\rm\Delta}$ ¹³C (discrimination isotopique du carbone) dans une famille de chêne pédonculé (Quercus robur L.). ${\rm\Delta}$ ¹³C est un estimateur de l'efficience intrinsèque d'utilisation de l'eau ( $W_{\rm i}$ ), un caractère complexe défini comme le rapport entre l'assimilation nette de CO₂ (A) et la conductance stomatique pour la vapeur d'eau ( $g_{\rm s}$ ).
• Douze génotypes présentant des valeurs phénotypiques extrêmes de ${\rm\Delta}$ ¹³C ont été sélectionnés dans cette famille pour (i) évaluer la stabilité des différences génotypiques dans des environnements contrastés et pour différents estimateurs de l'efficience d'utilisation de l'eau ; (ii) quantifier la relation entre ${\rm\Delta}$ ¹³C et $W_{\rm i}$ dans cette famille; (iii) identifier quels caractères foliaires sont impliqués dans la diversité de $W_{\rm i}$ observée dans cette famille.
• La variabilité génétique de ${\rm\Delta}$ ¹³C et $W_{\rm i}$ était largement indépendante des différentes échelles d'intégration temporelles et leur corrélation était forte dans cette famille (R² = 88 % lorsque ${\rm\Delta}$ ¹³C était mesuré dans les sucres foliaires).
• Les faibles corrélations entre $W_{\rm i}$ (ou ${\rm\Delta}$ ¹³C) et des estimateurs de la capacité photosynthétique suggèrent un rôle mineur de celle-ci dans la diversité de $W_{\rm i}$ .
• Par contre, la corrélation étroite entre $g_{\rm s}$ et ${\rm\Delta}$ ¹³C ainsi que $W_{\rm i}$ et la variation génétique de la densité stomatique, suggèrent que la diversité génétique de $W_{\rm i}$ dans cette famille de chêne pédonculé est liée à des différences de conductance stomatique $g_{\rm s}$ .

Key words: carbon isotope discrimination / intrinsic water use efficiency / pedunculate oak / stomatal conductance / stomatal density

Mots clés : discrimination isotopique du carbone / efficience intrinsèque de l'ullisation de l'eau / clêne pedonculé / conductance stomatique / densité stomatique

Corresponding author: brendel@nancy.inra.fr

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