Source: CIRAD 2005 - Résultats de recherche

Généralement, l’adaptabilité de la plante aux contraintes biophysiques — stress hydrique ou thermique, carences nutritives — est évaluée sur la base de sa tolérance physiologique. Cette approche ignore la part de la morphologie et de l’architecture. Pourtant, les ajustements spontanés du système racinaire, du tallage ou de la taille des feuilles et de l’inflorescence déterminent la colonisation des espaces, l’accès aux ressources et ultérieurement, l’évitement des stress physiologiques. Cette plasticité phénotypique est d’une importance capitale pour la productivité des cultures. Peu étudiée car complexe, elle intéresse aujourd’hui la génomique fonctionnelle. Le projet Oryzon vise à établir les bases génétiques, physiologiques et environnementales de la plasticité phénotypique du riz, afin d’élaborer des marqueurs génétiques efficaces et des modèles simulant leur impact agronomique. Cette démarche nouvelle est développée avec le réseau international Generation challenge programme.

De nombreuses observations ont été accumulées en milieu contrôlé sur des variétés et des mutants contrastés de riz, soumis à différentes contraintes déformant le phénotype au stade végétatif : carence en phosphore, périodes d’ombrage, sécheresse… La morphogenèse de la plante et de ses organes, leur teneur en sucres, l’activité d’enzymes clés ont été mesurées. L’invertase pariétale, notamment, est une enzyme qui régule la demande en assimilats, appelée force de puits, d’un organe. L’expression de certains gènes codant pour les invertases est en cours d’étude. Ces expérimentations ont alimenté le développement d’un modèle, EcoMeristem, qui simule la morphogenèse du riz. Dans ce modèle, les méristèmes initient de nouveaux organes, donc de nouveaux puits, et interagissent avec la photosynthèse à l’échelle de la plante.

Un mécanisme important de la plasticité phénotypique a été mis en évidence. Par exemple, en réponse à une carence en phosphore, la croissance racinaire est stimulée — certainement pour améliorer l’accès au phosphore — au travers d’une cascade d’inhibitions, l’inhibition du tallage et de l’élongation des feuilles se répercute sur le rythme d’émission de nouvelles feuilles. La demande en carbone des organes aériens étant ainsi réduite, les assimilats excédentaires sont mis en réserve et la croissance racinaire accélérée. A l’inverse, sous l’effet d’un faible rayonnement, la croissance du système racinaire est inhibée en faveur d’une élongation des feuilles et des tiges, alors que l’organogenèse est ralentie. Certaines de ces déformations utiles sont connues, mais leur contrôle génétique et physiologique a jusqu’à présent déjoué les analyses.

Le modèle EcoMeristem permet d’analyser et de simuler ces processus à partir de l’hypothèse d’un pilotage des méristèmes par le bilan trophique — ou disponibilité en assimilats — de la plante : ce bilan s’exprime par la concentration de certains sucres dans la plante. Contrôlée par l’activité de certaines enzymes, cette concentration joue le rôle de signal, et donc de régulateur, au niveau des méristèmes. La plante ajuste ainsi sa morphologie. La généralisation de ces concepts à l’ensemble des céréales fait l’objet d’études sur le riz et le sorgho.

EcoMeristem montre que la croissance des plantes dépend fortement de la régulation de leurs puits, et pas seulement des ressources externes ou de la photosynthèse. Cela offre de nouvelles perspectives pour l’amélioration variétale. A l’heure actuelle, les bases en génétique moléculaire sont insuffisantes pour sélectionner spécifiquement des idéotypes possédant la morphologie et la plasticité optimales. Mais un nouveau champ s’ouvre : le phénotypage à l’aide de modèles. Croisé avec les polymorphismes de gènes candidats, permettra de développer des marqueurs moléculaires puissants pour la création variétale, sans passage obligatoire par des Ogm.

Michael Dingkuhn, Delphine Luquet, Anne Clément, Ludovic Tambour,
Upr Plasticité phénotypique et performance des cultures
Dominique This, Umr Pia, Polymorphismes d’intérêt agronomique,
département Amélioration des méthodes pour l’innovation scientifique
Tanguy Lafarge, Upr Création variétale et peuplements de riz,
département Cultures annuelles

Partenaires

International
• Gcrai, groupe consultatif pour la recherche agricole internationale

Australie
• Csiro, Commonwealth Science and Industry Research Organisation
• université de Queensland

Brésil
• Embrapa, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuárua

France
• Umr Lepse, Laboratoire d’écophysiologie des plantes sous stress environnementaux (Inra, Agro.M)

Philippines
• Irri, international Rice Research Institute

Projet

Generation challenge programme du Gcrai