Montpellier, France
July 22, 2008
Source:
Cirad
Le généticien et l’écophysiologiste ont tout intérêt à
travailler ensemble. C’est ce qu’a tâché de montrer une équipe
du
Cirad, argumentant sur
l’intérêt de la modélisation physiologique des plantes pour
l’intégration de la génétique dans la sélection variétale.
Les outils de la biologie moléculaire permettent aujourd’hui un
découpage du génome entier à haut débit et à haute résolution.
Du côté des caractères physiologiques et comportementaux de la
plante, le travail est beaucoup plus lourd à la fois en temps et
en argent. La difficulté est d’autant plus grande si l’on
s’intéresse à la réponse de la plante face à un stress
environnemental comme la sécheresse. Dans un tel contexte, la
modélisation du fonctionnement des plantes peut être d’un
intérêt majeur. C’est ce qu’une équipe de physiologistes a
montré dans le cadre du projet Whole Plant Physiology Modelling
du Generation Challenge Programme (GCP).
Pour atteindre leur objectif, les chercheurs ont utilisé trois
modèles déjà existant. Ceux-ci ont pour vocation commune de
simuler la réponse propre de chaque variété d’une espèce donnée
aux caractéristiques de son environnement. Le premier, qui
s’appelle Ecomeristem, consiste à simuler la morphogénèse d’un
plant de riz face à des contraintes hydriques. Le deuxième a été
développé par l’Institut national de recherche agronomique
(Inra). Il simule dans les mêmes conditions, la croissance de la
feuille du maïs. Le troisième, du nom d’Impatiens, permet de
prévoir la date de floraison du sorgho en fonction de la durée
quotidienne d’ensoleillement ou photopériode. Les physiologistes
ont confirmé la capacité et la robustesse de ces modèles à
différencier les variétés. Ils ont en outre adapté et/ou
amélioré les deux premiers. Le champ d’action d’Ecomeristem a
été élargi à l’étude du stress hydrique, sur la base
d’expérimentations. Le modèle a également été appliqué à
l’analyse de grandes populations variétales de l’ordre de 200
variétés, dans un premier temps en conditions non stressées. Le
modèle de l’Inra a été intégré au sein d’un modèle à plus grande
échelle : le modèle Apsim, simule la croissance du peuplement
végétal ce qui permet d’évaluer l’impact du stress hydrique à
l’échelle foliaire sur le rendement final, en prenant en compte
les déterminants génétiques impliqués à cette échelle.
Trois modèles pour convaincre
Ces modèles ont été choisis pour leur capacité à considérer le
comportement de la plante ou de ses organes en situation de
stress hydrique. Cette contrainte environnementale, ciblée par
le GCP, a en outre constitué, au sein du projet Whole Plant
Physiology Modelling, une composante d’étude à part entière. A
l’aide d’un modèle simple de croissance du peuplement végétal,
répondant au nom de Sarrah et ayant été développé par le Cirad,
les chercheurs ont caractérisé des typologies de sécheresse
auxquelles les plantes ont à faire face. Pour cela, ils ont
alimenté le modèle à l’aide de données climatiques enregistrées
sur plusieurs sites durant les dernières décennies. Puis
l’impact de ces données, sur le rendement final des cultures, a
été quantifié au regard des périodes d’occurrence et d’intensité
de sécheresse. Cette étude a été menée dans deux zones
géographiques, le Brésil et l’Afrique de l’Ouest. Au Brésil,
dans la région des Cerrados où riz et maïs sont cultivés, la
sélection variétale n’est effectuée que sur peu de stations
expérimentales très localisées et non représentatives des
typologies de sécheresse rencontrées dans la région entière de
culture. L’utilisation de Sarrah a notamment montré que les
sites de sélection en question ne sont représentatifs que de 20
% des types de sécheresse de la région : un argument
supplémentaire en faveur de l’utilisation de la modélisation.
Cette approche a également été explorée en Afrique de l’Ouest
pour le sorgho avec des résultats similaires. Ceux-ci permettent
dès aujourd’hui d’optimiser les réseaux des stations de
sélection en diversifiant les sites ou en les réorientant en
fonction des espèces sélectionnées.
Une première étape a donc été franchie et les efforts entrepris
auprès des généticiens ont payé puisque les représentants du GCP
demandent aujourd’hui aux physiologistes d’aller plus loin. Un
nouveau projet a ainsi débuté en 2008 dans le cadre du GCP. Il
vise à utiliser, entre autres méthodes, le modèle Ecomeristem
afin d’obtenir les paramètres déterminant la réponse du riz face
à la sècheresse pour 200 génotypes différents. Cette application
du modèle va de pair avec un nouveau projet du Cirad, Orytage,
consistant à caractériser de grands groupes de génotypes de riz
dans nombre de sites tels que la Colombie, les Philippines ou
Madagascar, dont certains ont également été retenus par le GCP.
Les efforts seront donc déployés en commun. Au Cirad, une thèse
débutera également sur le sujet en octobre 2008.
En
savoir plus
Sur Internet
- Le
site de l’unité de recherche Plasticité phénotypique et
performances des cultures
-
Les proceedings de l’atelier final du projet Whole Plant
Physilogy Modelling
- Le
site du Generation Challenge Program
Références
bibliographiques
Dingkuhn M., Kouressy M., Vaksmann M., Clerget B., Chantereau
J., 2008.
Applying to sorghum photoperiodism the concept of
threshold-lowering during prolonged appetence. European Journal
of Agronomy 28, 74-89.
Heinemann A. B., Dingkuhn M., Luquet D., Chapman S., 2008.
Characterization of drought stress environments for upland rice
and maize in central Brazil. Euphytica -
on line.
Luquet D., Clément-Vidal A., This D., Fabre D., Sonderegger N.,
Dingkuhn M., 2008.
Orchestration of transpiration, growth and carbohydrate dynamics
in rice during a dry-down cycle. Functional Plant Biology
accepted with revision to Func. Plant Biol.
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•
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