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Contexte

Le monde agricole attache une importance majeure à la qualité des semences, pour sécuriser les bénéfices des exploitations agricoles, réduire l’usage d’intrants et éviter la flambée des coûts des produits. La qualité physiologique se traduit par la capacité des lots de semences à germer de manière rapide et homogène dans une large gamme de conditions environnementales conduisant à l’établissement de plantules normales et vigoureuses. Les facteurs pédoclimatiques et itinéraires techniques impactent l’environnement de la plante mère, modifiant ainsi les propriétés physiologiques des semences telles que leur profondeur de dormance, leur longévité et leur potentiel de germination en condition sub-optimale. La qualité sanitaire des semences est également au centre des préoccupations. En effet, des agents pathogènes et ravageurs des cultures peuvent infecter les semences lors de leur production, de leur stockage/transport ou lors du semis. La transmission des bioagresseurs aux et par les semences est un problème agronomique global majeur en raison de la mondialisation des échanges commerciaux. Une gestion et une prévention efficace des risques pour limiter la dissémination des agents pathogènes et ravageurs par les semences est une nécessité absolue. La désinfection et l’utilisation de produits phytopharmaceutiques (PPP) de synthèse tels que les fongicides et insecticides sont très largement répandues pour protéger les semences et éviter des problèmes agronomiques tels que la fonte de semis, la dispersion des bioagresseurs et la contamination des denrées alimentaires. Le développement de pratiques agroécologiques conduit inévitablement à réduire voire bannir l’utilisation des pesticides de synthèse. Ainsi, de nombreuses molécules de synthèse utilisées en traitement de semences ont récemment été interdites ou restreintes d’usage (e.g. imidaclopride, clothianidine, thiamethoxam, thirame, métalaxyl-M). L’avenir à court terme pour le tébuconazole et à moyen terme pour l’ipconazole, deux actifs très utilisés en traitements de semences pour divers usages, est très incertain. Cet enjeu fort pour l’agriculture européenne impacte la filière semences qui se doit de trouver des alternatives efficaces et rationnelles pour protéger et stimuler les semences. Les solutions de biocontrôle représentent aujourd’hui un levier pertinent dans les stratégies de protection des semences.

Objectifs/Hypothèses

Objectifs :

• Académiques :
  • Déchiffrer la réponse des semences (niveau moléculaire, métabolique et physiologique) suite au traitement avec un agent de biocontrôle aux stades de développement et maturation et de germination.
  • Étudier l’héritabilité potentielle du microbiote entre ces différents stades.

• Appliqués :
  • Développer des méthodes et des outils pour évaluer l’efficacité des stratégies de biocontrôle pour la protection de semences et lutter contre la fonte des semis.

Hypothèses :

1. L’efficacité des solutions de biocontrôle en protection des semences est dépendante du génotype.
2. La réponse des semences aux solutions de biocontrôle est différente pendant le développement/maturation et la germination de la semence pour déterminer la vigueur germinative
3. Les solutions de biocontrôle protègent efficacement les semences contre les bioagresseurs en induisant des mécanismes de défense spécifiques à la graine.
4. Les micro-organismes de biocontrôle se maintiennent au cours de la germination et de l’établissement de la plantule et peuvent être transmis d’une génération à l’autre.

Stratégies/Méthodes

Workpackage  1 : Stimulation des mécanismes de défense et réponse physiologique des graines par application de solutions de biocontrôle en production de semences

Le WP1 a pour objectif de caractériser l’influence de l’application d'une solution de biocontrôle sur la plante-mère au cours du développement des graines et d’étudier l’induction des mécanismes de défense. Pour cela, 4 génotypes de blés tendres et 4 génotypes de tomates seront respectivement cultivés en plein champ et en condition semi-contrôlée. Dès les phases précoces de développement des premières graines les plantes seront traitées selon 4 modalités : 1 contrôle, 1 hormone de défense ou analogue), 1 stimulateur non hormonal de défense des plantes homologué en protection des plantes, 1 micro-organismes de biocontrôle disposant d’une AMM.

Ces échantillons seront caractérisés pour leur diversité bactérienne et fongique (WP3) et pour leur propriété de germination et de résistance à la fonte de semis (WP4). Pour un génotype de blé et de tomates, des analyses de transcriptomiques et de métabolomiques seront réalisées. Des échantillons seront prélevés à deux stades de développement et au stade graines matures sèches.

Workpackage 2 : Stimulation des mécanismes de défense et réponse physiologique des plantules par application de solutions de biocontrôle sur la semence

Le WP2 a pour objectif de caractériser la réponse des graines en germination et des plantules en croissance suite à l'application d'une solution de biocontrôle sur la graine par pelliculage. Des semences de 4 génotypes de blé et de tomates seront traitées par pelliculage selon 4 modalités : 1 contrôle, 1 hormone de défense ou analogue), 1 stimulateur non hormonal de défense des plantes homologué en protection des plantes, 1 micro-organisme de biocontrôle disposant d’une AMM. Quatre à six produits de biocontrôle en cours de développement seront également ajoutés. Ainsi plusieurs lots de semences pelliculés seront produits pour chaque espèce (4 génotypes, 4 à 10 modalités, 3 répétitions). Des étapes intermédiaires de formulation des solutions pour le pelliculage seront réalisées et des micro-organismes candidats en protection de semences ne disposant pas d’AMM seront aussi testés. Les semences seront mises en condition de germination optimales et leurs propriétés de germination et de résistance à la fonte de semis seront évaluées (WP4). Des analyses de transcriptomique et de métabolomique seront également réalisées pour un seul génotype sur les graines en germination et sur des jeunes plantules.

Workpackage 3 : Maintien et héritabilité du microbiote des semences impactées par l’application d’un microorganisme de biocontrôle

Le WP3 a pour objectif d’étudier la stabilité du microbiote des graines et de son héritabilité trans générationnelle suite à l'application d'un micro-organisme de biocontrôle en production de semences ou sur la semence par pelliculage. Pour étudier la diversité microbienne alpha (diversité moyenne au stade graine mature sèche) l’analyse portera sur les semences produites dans les WP1 et du WP2 pour 2 modalités (contrôle et traitées avec un micro-organisme de biocontrôle) pour les 4 génotypes sur plusieurs générations de productions de semences sans traitement supplémentaire. Pour étudier la diversité microbienne bêta (comparaison de la diversité microbienne à différents stades de croissance) les semences produites dans les WP1 et du WP2 seront mises à germer en condition optimale et l’analyse sera faite sur de jeunes plantules. Le microbiote sera analysé par séquençage de biomarqueurs phylogénétiques.

Workpackage 4 : Développement d’outils d’évaluation robustes et objectifs de l’efficacité des solutions de biocontrôle en protection de semences

L’objectif du WP4 est de proposer des méthodes complémentaires (in vitro et in vivo) d’évaluation de l’efficacité de protections des semences par des solutions de biocontrôle. Les lots de semences produites dans le WP1 et WP2 (échantillons pour chaque espèce : 4 génotypes, 4 à 10 modalités, 3 répétitions) représentent un matériel de choix pour évaluer l’effet des solutions de biocontrôle sur la qualité physiologique et sanitaire sur un panel de diversité génétique. Une petite phase exploratoire de screening de nouveaux candidats sera également réalisée ici en incluant notamment 2 microorganismes de biocontrôle testés en WP2 ne disposant pas encore d’AMM pour un usage sur semences. Les partenaires de ce WP partageront des résultats et des méthodes de phénotypage de la germination, de la croissance des plantules en conditions optimales et sub-optimales et de phénotypage de la fonte de semis avec des pathosystèmes choisis et maitrisés chez le blé et la tomate. Des outils de diagnostic précoce d’infection par détection multi-cibles de pathogènes seront également développés pour orienter les traitements.

Afin de répondre à la question de savoir si les solutions de biocontrôle peuvent stimuler des mécanismes de défense dans les graines et les jeunes plantules, le niveau d’expression de gènes connue des voies de défense sera mesuré par qRT-PCR et/ou avec une puce à faible densité quantitative qPFD® spécifique du blé ou de la tomate. Les résultats -omiques des WP1 et WP2 offriront de nouveaux gènes candidats à étudier comme potentiels biomarqueurs de défense caractéristiques des semences. Ces marqueurs serviront pour le design d’une nouvelle qPFD spécifique de la graine et qui permettra d’évaluer de manière robuste et objective la stimulation de mécanismes de défense par l’application de biosolutions.

Coordinateur

• Loïc RAJJOU (AgroParisTech IJPB 1318)

Partenaires

• Académiques : IJPB – Versailles, IRHS – Angers, PHIM – Montpellier
• Techniques : GEVES – Angers, FNAMS – Paris, Vegenov – Saint-Pol-de-Léon
• Semenciers : RAGT – Rodez, Limagrain – Chappes
• Industriels biocontrôle : Agrauxine ­– Beaucouzé, Koppert France – Cavillon
• Fournisseur de services : Staphyt – Martillac

Date de démarrage du projet : 1/01/2023

Date de fin du projet : 31/12/2025

Financement

Ce projet a été financé dans le cadre de l’appel à projets conjoint du Consortium Biocontrôle et PlantAlliance 2022 (thématiques : microbiote et semences).

• Consortium Biocontrôle
• Consortium PlantAlliance