Valorisation de la diversité intra-parcelle dans un contexte de changement climatique. Développement d'un modèle couplant écophysiologie 3D et génétique évolutive.

par Christophe Lecarpentier

Thèse de doctorat en Sciences agronomiques

Sous la direction de Isabelle Goldringer et de Jérôme Enjalbert.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème (2015-.... ; Orsay, Essonne) , en partenariat avec Génétique Quantitative et Évolution - Le Moulon (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 15-11-2012 .


  • Résumé

    La stochasticité climatique et la baisse des intrants, de plus en plus nécessaire, vient accroître l'hétérogénéité environnementale. Et pour faire face à l'intensité croissante des stress biotiques et abiotiques, l'augmentation de la diversité génétique cultivée est une des options prometteuses. Une augmentation de la diversité génétique à l'intérieur des parcelles peut permettre de mieux contrôler les épidémies (Tooker and Frank, 2012) d'augmenter le rendement (Smithson and Lenne, 1996), tout en stimulant les services écosystémiques (Chateil et al., 2013). Malgré les nombreux travaux scientifiques illustrant l'effet positif des associations variétales sur le contrôle des maladies, peu d'auteurs ont étudié l'impact de la diversité génétique d'une parcelle sur la stabilité des rendements dans un contexte de stochasticité environnementale accrue. La conception des mélanges est historiquement reliée à la phytopathologie menant à l'insertion de variétés à phénotypes peu contrastés. Les interactions entre plantes de phénotypes très contrastés sont par conséquent peu connues. Afin d'explorer cette question, nous développons un modèle capable de simuler le fonctionnement de peuplements de blé génétiquement hétérogènes du semis à la production de grains, centré sur les mécanismes de compétition pour la lumière. Les leviers majeurs de l'adaptation de la croissance du blé à la compétition pour la lumière sont un ajustement (1) du nombre de talles (2) de la surface foliaire (Ljutovac, 2002). Nous avons par conséquent, axé tous nos efforts dans la modélisation du tallage du blé garantissant plus de 80 % de la plasticité de l'architecture du blé. Cette plasticité de développement a une influence critique sur la fitness de chaque plante, approximée par un nombre de grains produits. Des essais ayant pour but de valider les dynamiques de tallages ont été mis en place en tenant compte de différentes situations de compétition pour la lumière : des compétitions intra-génotypique, en faisant varier la densité de semis, et des compétitions inter-génotypiques avec semis de mélanges de semences contenant des génotypes à phénotypes très contrastés. D'autres éléments de validation (précédentes expérimentations) ont également été utilisées pour valider les autres aspects du modèle. Une fois le modèle validé en culture pure, nous prévoyons de le valider en associations variétales, puis d'explorer les mécanismes de compétitions que nous observons entre des génotypes différents.

  • Titre traduit

    Valorization of within-crop diversity in a context of global changes. Development of a model coupling 3D ecophysiology and evolutive genetics


  • Résumé

    The climate stochasticity and the need to lower the utilization of inputs, contributes to the raise of environmental heterogeneity. And to cope with the increasing intensity of biotic and abiotic stresses, one of the promising options is to increase the cultivated genetic diversity. Increasing the genetic diversity within plots may allow a better control of epidemics (Tooker and Frank, 2012) an increase of the yield (Smithson and Lenne, 1996), and a stimulation of ecosystem services (Chateil et al. , 2013). Despite numerous scientific studies showing the positive impact of varietal associations on the control of diseases, few authors have studied the impact of the genetic diversity of a plot on the stability of the yield in a context of increasing environmental stochasticity. The design of the mixtures is historically related to the plant pathology leading to the insertion of varieties with little contrast between their phenotypes. Interactions between plants with contrasted phenotypes are therefore little known. To explore this question, we develop a model to simulate the functioning of genetically heterogeneous populations of wheat from sowing to grain production, focusing on sensitive processes to competition for light. Major levers of adaptation of wheat growth towards competition for light are an adjustment of (1) the number of tillers (2) of the leaf area (Ljutovac, 2002). We therefore focused our efforts on the modelling of tillering which guarantees over 80% of the plasticity of the architecture of wheat. This plasticity of development has a critical influence on the fitness of each plant, approximated in our model by a number of grain products. Experiments aiming at validating tillering dynamics were established taking into account different degrees of competition for light : intra-genotypic competitions, with varying seeding rate, and inter-genotypic competitions with mixtures containing seeds with contrasting growing phenotypes. Other validation elements (previous experiments) were also used to validate the other aspects of the model. Once the model is validated in pure culture, we plan to validate it by varietal associations, and to explore the mechanisms of competition that we observe between different genotypes.