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WP Leader: Jean-Benoît Morel, PHIM

 Partenaires impliqués: PHIM, AGAP, P3F, AGROECOLOGIE

Objectifs :

Responsable WP2 : JB Morel (PHIM) - Autres partenaires : AGAP-INRA, Agroécologie, GDEC, GQE, P3F
Pour comprendre les interactions plantes-plantes, le WP2 utilise des approches de modélisation basées sur les traits fonctionnels des cultures (Tâche 2.1) et des approches génétiques et moléculaires explorant les mécanismes récemment découverts sur les interactions plantes-plantes (Tâche 2.2).
Le WP2 alimentera les WP3 et WP4 en quantifiant les avantages que l'on peut attendre des mélanges pour réguler les bioagresseurs, à la fois en identifiant des idéotypes variétaux (i.e. des combinaisons de caractéristiques variétales optimisant leurs performances) à mélanger, ainsi qu'en identifiant des locus et des génotypes qui contribuent ces régulations.
Les informations du WP1 seront utilisées pour confronter les connaissances produites par le WP2 afin de répondre à la question Q1.

Descriptif des tâches:

Tâche 2.1 Identifier les caractéristiques des plantes pour la capacité de mélange - contrôle des adventices et synergie de la concurrence

Les interactions entre plantes au sein de couverts hétérogènes sont pilotées par des interactions entre de nombreux traits végétaux et facteurs environnementaux. Par conséquent, l'identification des traits qui favorisent l’aptitude au mélange des espèces et génotypes cultivés et/ou la régulation des adventices reste un défi.
La tâche 2 utilise la modélisation écophysiologique et la simulation pour relever ce défi dans plusieurs types de mélanges (avec différents génotypes ou cultures et sous couvert végétal).

Action 2.1.A Plasticité de la réponse du blé à la concurrence

Nous explorons l'importance de la plasticité de tallage, un trait clé pour le rendement, mais aussi la compétition plante-plante chez les céréales.
Nous nous concentrons sur les mélanges de variétés (intra-spécifiques) en s’appuyant sur WALTer, un modèle structure-fonction (FSPM) qui simule le développement du blé du semis à la floraison, à l’échelle de l’individu (IBM) et des organes.
En plus d’identifier des combinaisons de caractéristiques variétales favorables à la performance des mélanges, il s'agit également ici de développer des méthodologies originales pour analyser l'espace complexe des combinaisons de paramètres (caractéristiques génotypiques x types mélanges de génotypes).
Action 2.1.B Modélisation et simulation de la compétitivité du blé pour la lutte contre les adventices
L’objectif est de mieux comprendre la compétition du blé avec les adventices afin d'augmenter sa compétitivité.
Les questions spécifiques sont les suivantes : (1) quels traits affectent la compétitivité du blé ? (2) quels sont les avantages du mélange de variétés de blé et/ou de l'association du blé avec d'autres cultures et (3) pour différentes situations de production, quelles sont les combinaisons idéales de caractères (les idéotypes de blé) dans les peuplements multi-variétés et en association avec d'autres cultures (légumineuses annuelles) ?
Ces questions sont étudiées en combinant la calibration des modèles (estimation de paramètres écophysiologiques chez les adventices et variétés de blé cultivées en conditions contrôlées), modélisation mécaniste (FSPM) et simulations pour des situations de production contrastées (en termes de contextes pédologiques, climatiques et floristiques).

Action 2.1.C Plantes de service associées au blé : identification de caractéristiques propices à la productivité et au contrôle des adventices 

Les légumineuses pérennes comme la luzerne sont de plus en plus utilisées pour des objectifs diversifiés : production de protéines ou de fourrage et fourniture de services de régulation.
L’objectif est ici de hiérarchiser les traits d'interaction majeurs impliqués dans les interactions blé-plante de couvert, afin d'identifier des phénotypes compatibles et de proposer des règles d'assemblage adaptées aux services visés. Nous utilisons les modèles dédiés aux espèces prairiales (VGL) et au blé (WALTer ; CN-wheat) pour étudier les combinaisons de traits des espèces et variétés. Ces modèles sont intégrés dans la plateforme OpenAlea, ce qui facilite leur couplage et le développement d’analyses de sensibilité.

Tâche 2.2 Comprendre la génétique des interactions plante-plante pour la résistance aux maladies et le contrôle des adventices

Certaines interactions plante-plante peuvent augmenter ou réduire la résistance aux maladies dans des mélanges de variétés. Ainsi, dans des mélanges de variétés de blé dur, nous avons démontré que l'homogénéité génétique à un locus particulier augmentait la résistance à la septoriose . Les deux premières actions de cette tâche visent à mieux explorer et comprendre ces phénomènes chez le blé, en utilisant la septoriose (STB) comme modèle.
La troisième action s’intéresse à l’utilisation de plante de service, ici une légumineuse pérenne (la luzerne) pour contrôler les adventices. La croissance des plantes de service peut cependant générer une concurrence excessive, entraînant des pertes de rendement des céréales, ce qui appelle à développer des variétés adaptées à cet usage.

Action 2.2.A Décrypter les bases génétiques des effets de mélange dans les mélanges de blé

Cette action s’appuie sur i) les modèles statistiques développés pour détecter les locus associés à des effets de mélange significatifs et (ii) la découverte préalable d'un locus dans le blé dur dont la diversité allélique dans un mélange nuit à la résistance à la septoriose.
En premier lieu, nous étendons l’étude de ces effets génétiques dans des mélanges de blé dur à 8 composants (lignées EPO), effectuées au champ, avec et sans pesticides.
En deuxième lieu, nous étudions le locus identifié par Montazeaud et al. (New Phytologist 2022), en caractérisant, en conditions de laboratoire et sur les mêmes lignées EPO, les mécanismes moléculaires associés à la résistance à la septoriose.
[Optionnel car lien avec 5.3 : Enfin, nous évaluons l’utilité de nos résultats pour la sélection du blé dur et du blé tendre. Nous caractérisons la diversité allélique au locus précédemment identifié dans les mélanges de variétés élites fréquents en France, pour relier cette diversité à leur résistance à la septoriose.]

 Action 2.2.B Génétique des effets de voisinage sur la résistance du blé aux maladies

En s’inspirant des travaux sur blé dur, nous étudions ici les interactions plante-plante qui modifient la résistance à la septoriose chez le blé tendre, en utilisant un panel de 19 lignées de blé, générant une matrice de plus de 300 mélanges à deux voies.
Les mécanismes moléculaires associés aux mélanges plus résistants sont ensuite analysés en détail afin de mieux comprendre les processus biologiques sous-jacents.  
Ces travaux sont menés dans deux laboratoires distincts, pour garantir la robustesse des données, puis les meilleures paires de génotypes seront évaluées au champ sur la plateforme expérimentale du GDEC .

Action 2.2.C Nouvelle luzerne en tant que culture de service pour le blé

Nos travaux reposent ici sur l'hypothèse que les ressources génétiques inexploitées de la luzerne peuvent être utilisées pour produire de nouvelles variétés destinées à être cultivées comme culture de service (plantes de couvert). Tout d'abord, des descendances issues de croisements entre des populations de luzerne cultivées et non cultivées sont obtenues et cultivées pendant trois ans dans une pépinière, en plus de 27 populations de luzerne.
Les phénotypes (dynamique de croissance, hauteur, rendement, architecture des racines) et les informations génotypiques sont utilisés pour identifier les corrélations génétiques entre caractères. L'impact de ces caractères sur la croissance du blé est étudié dans des micro parcelles où les 27 populations de luzerne (et trois variétés de trèfle blanc à faible vigueur/croissance) sont semées au printemps et le blé à l'automne au cours de trois années successives.
Les adventices sont quantifiées et d'autres mesures sur des traits phénotypiques sont effectuées sur les deux espèces tout au long des saisons. Toutes ces informations sont utilisées pour définir un idéotype pour les futures variétés de luzerne dédiées à la culture en couvert (mulch vivant).