VISTA

La stabilité du rendement : un enjeu face au changement climatique et aux nouvelles contraintes

La production agricole doit faire face à un double niveau de contraintes. Le changement climatique augmente la probabilité d’occurrence et l’intensité des épisodes de stress climatiques, alors que la transition vers des pratiques agronomiques inspirées de l’agroécologie impose une réflexion globale sur les itinéraires techniques et les choix variétaux. Ce nouveau contexte met en avant la notion de stabilité de la production dans un environnement fluctuant, plutôt que sa maximisation en environnement optimal. Si leviers à mettre en œuvre sont bien entendu multi-échelles nous visons à répondre à ces enjeux par l’amélioration variétale. Cette stratégie  garde sa pertinence si elle vise l’adaptation des plantes cultivées aux nouvelles pratiques et la recherche explicite d’un potentiel de stabilité dans le matériel génétique futur. Dans ce cadre, l’équipe VISTA a pour objectif de caractériser les processus qui, chez le blé, permettent cette stabilité de la production en environnement fluctuant.

Analyser l’impact des facteurs limitants et identifier la variabilité génétique associée

Classiquement, la variabilité génétique associée aux effets des stress environnementaux sur le rendement est étudiée en analysant les effets spécifiques des stress sur les différentes composantes de rendement. Ces composantes (nombre d’épis par m², nombre de grains par épi et poids de mille grains) intègrent des effets de facteurs limitants survenus à des phases clés du cycle de développement du blé. Par ailleurs, accéder aux composantes de rendement permet de disséquer relativement finement les stratégies variétales de mise en place du rendement et les modalités d’expression de la tolérance aux stress abiotiques. Dans ce cadre, l'originalité de l'approche de l'équipe VISTA est de prendre en compte de manière explicite la variabilité des structures déterminant la valeur moyenne d'une composante donnée et le compensations existant entre les différentes composantes. 

Nos travaux reposent sur une démarche expérimentale et sur la modélisation mécaniste des processus cibles. Cette démarche est au service de l’étude de la variabilité génétique de la réponse au stress avec pour objectif final d’identifier les caractères les plus pertinents pour guider la sélection vers des variétés adaptées aux contraintes futures.

Nous avons organisé nos recherches en trois thèmes:

Axe 1. Comprendre et modéliser la croissance du grain et de l’épi sous contraintes

Le premier axe, centré sur la fin de cycle de croissance du blé, vise à comprendre et modéliser la croissance du grain et de l’épi en conditions optimales et sous stress thermique.

À l’échelle du grain individuel il s’agit de rechercher des mécanismes de tolérance de la croissance et du développement des grains au stress thermique post-floraison. Dans un premier temps, nos travaux visent à comprendre les mécanismes interne au grain qui contraignent sa croissance (force de puits, contraintes physiques exercée par les enveloppes) en conditions optimales ; cela nécessite le développement d’outils d’imagerie 3D (tomographie à RX) afin de suivre en dynamique et de manière non destructive la forme et la taille du grain et de ses structures internes. Dans un second temps, l’effet de stress thermiques pendant le développement des grains est caractérisé et quantifié, de manière à identifier et hiérarchiser les processus majeurs sensibles aux fortes températures. Des courbes de réponse à la température de ces processus sont alors établies, afin de mieux prendre en compte les effets de la température dans les modèles de croissance des grains.

À l’échelle de l’épi, il s’agit d’abord de décrire finement les gradients de développement et de masse finale des grains en fonction de leur position sur l’épi et au sein des épillets en condition optimales ou sous stress thermique. Les études visent à identifier quel est le moteur de ces gradients horizontaux et verticaux de masse (force de puits, gradient développemental, …) et à comprendre comment la biomasse produite en période pré- et post-floraison se répartit entre les grains de l’épi. Nous cherchons à caractériser et quantifier les effets des stress thermiques sur la distribution et la masse moyenne des grains. 

L’ensemble de ces travaux nourrissent les modèles développés au sein de l’équipe. Virtual Grain (VGrain) est un modèle mécaniste de croissance du grain individuel de blé. Le modèle WhEar, quant à lui est un modèle d’épi permettant de simuler comment les ressources se répartissent entre les grains de l’épi et tester les hypothèses biologiques sous-jacentes.

Axe 2. Variabilité génétique de la plasticité des composantes et stabilité du rendement

Le second axe vise à comprendre les stratégies d’élaboration du rendement du blé par l’étude de la plasticité des composantes de rendement et des compensations qui les lient. La variabilité génétique associée à ces stratégies est aussi évaluée.

Nous nous concentrons particulièrement sur l’étude de la plasticité du tallage (déterminant le nombre de grains par m2), et les compensations qui existent entre cette composante et le nombre des grains par épi. Globalement, notre stratégie vise à (i) caractériser la variabilité génétique existant pour le caractère considéré sur la base d’essais multilocaux ou d’expérimentations dédiées, (ii) identifier des génotypes extrêmes pour le caractère et (iii) utiliser ces génotypes pour identifier les déterminismes écophysiologiques à la base de la divergence des comportements.

Axe 3. Effets des pratiques agroécologiques sur la performance du blé

Le troisième axe, plus exploratoire, propose de réfléchir au rôle de la variété dans les systèmes agro-écologiques. 
Notre hypothèse est que les pratiques agronomiques émergentes peuvent, dans une certaine mesure, constituer des leviers d’adaptation à la fluctuation et à l’imprédictibilité du climat plus efficaces que l’adaptation variétale. Par contre, ces systèmes/pratiques exercent à leur tour des contraintes spécifiques et potentiellement fortes sur la performance du blé, contraintes qu’il s’agit de caractériser, de quantifier,  afin d’identifier d’éventuelles cibles de sélection pour de futures variétés de blé. Nous travaillons ces questions principalement en évaluant les effets des haies sur la performance du blé ou plus récemment dans le cadre de systèmes agro-forestiers.