Les fougères tempérées sont souvent associées à des environnements peu éclairés, tels que le sous-étage ombragé des forêts de feuillus. Alors que la plupart de ces espèces de fougères sont à feuilles caduques, quelques espèces sont à feuilles persistantes. Les fougères gaulthéries, telles que Polystichum acrostichoides, conservent leurs frondes tout au long de l'année malgré les températures glaciales et les changements saisonniers drastiques de l'humidité du sol et de l'intensité lumineuse. Les feuilles du sous-étage de la gaulthérie doivent tolérer l'ombre profonde de l'été mais aussi l'exposition à des intensités lumineuses plus élevées et à des températures de l'air basses lorsque la canopée est ouverte. Aux effets de la température et de la lumière sur la capacité photosynthétique en hiver s'ajoute la vulnérabilité du système vasculaire à l'embolie résultant des cycles de gel-dégel. Bien qu'il y ait un manque de compréhension concernant l'embolie hivernale chez les angiospermes et les gymnospermes, le manque de connaissances est d'autant plus important pour les fougères gaulthéries.

Dans leur nouvelle étude publiée dans AoBP, Prats & Brodersen ont surveillé la capacité photosynthétique et l'état fonctionnel du système vasculaire de P. acrostichoides pendant plus d'un an dans la forêt de Yale Myers, Connecticut, États-Unis. Ils ont découvert que la première nuit en dessous de 0 °C entraînait une perte de conductivité de 25 % dans le pied (le pétiole de la fougère), suggérant qu'une embolie induite par l'hiver s'était produite. Pourtant, ils ont découvert que malgré la perte de plus de 60 % de leur capacité de transport d'eau due à la cavitation induite par le gel-dégel, la photosynthèse se rétablissait au printemps. Les auteurs ont découvert que la flexibilité localisée des frondes déclenchée par le gel permet à l'espèce de se poser à plat sur le sol et de maintenir des températures de feuilles plus chaudes. Ce processus est facilité par des faisceaux vasculaires très flexibles qui se plient sans perturber la voie conductrice de l'eau. Le xylème de P. acrostichoides sont souples mais robustes, tolèrent les embolies et les articulations hivernales, le tout sans endommager la machinerie photosynthétique. Ces stratégies de gaulthérie contribuent au succès de P. acrostichoides dans les forêts du nord-est.

Point culminant du chercheur

Kyra Prats est candidate au doctorat en écophysiologie végétale dans le laboratoire de Craig Brodersen à la Yale School of the Environment, Connecticut, États-Unis. Elle est également Cullman Fellow et co-étudiante diplômée avec le New York Botanical Garden. Ses recherches portent sur l'écophysiologie des plantes - en particulier les fougères - soumises à des facteurs de stress environnementaux, tels que la sécheresse ou les températures glaciales. Elle utilise une variété de méthodes sur le terrain et en laboratoire - de la mesure de la photosynthèse et du débit d'eau du xylème à l'utilisation de rayons X et de microscopes - pour explorer les questions liées aux réponses des plantes à l'environnement.