Caracterisation du fonctionnement du blé à partir de l'assimilation des observations à haut debit dans des modéles de culture – FFAST

FFAST propose une stratégie innovante de phénotypage assistée par modèle pour caractériser le fonctionnement des génotypes de blé. La plupart des travaux existants autour du phénotypage sont orientés vers l’utilisation des observations des traits structuraux (surface foliaire, hauteur, etc.) pour établir des relations statistiques entre ces traits et des traits génotypiques. Néanmoins, les traits structuraux sont fortement déterminés par l’environnement, et donc ces modèles empiriques ne suffisent pas pour décrire le fonctionnement des génotypes. FFAST propose une approche alternative qui utilise des FPM (functional plant model, en anglais) pour caractériser les processus éco-physiologiques qui produisent une réponse spécifique du génotype à l’environnement (GxE). Le projet FFAST propose une stratégie alternative qui consiste à assimiler, pour un génotype donné, des jeux d’observations à haut débit de plusieurs traits architecturaux acquis dans différents environnements dans des FPM pour estimer ses paramètres variétaux. Ces paramètres variétaux constitueront des traits fonctionnels de chaque genotype, très liés à sa génétique.

Le phénotypage assisté par modèle proposé par FFAST sera évalué dans sur un panel de dix génotypes de blé qui seront suivis à l’aide des plateformes de phénotypage et par satellite. Les essais seront conduits sur les sites de l’infrastructure PHENOMEEMPHASIS à Toulouse, Clermont et Montpellier pendant trois ans afin d’acquérir des observations à haut débit de plusieurs traits (surface foliaire, hauteur, densité d’épis…) dans plusieurs environnements. Cependant, une grande variabilité environnementale est essentielle pour estimer des traits fonctionnels, et donc FFAST évaluera l’utilisation des données satellitaires à haute résolution pour obtenir des observations additionnelles de certains traits sur des environnements contrastés. Trois génotypes du panel seront suivis par satellite dans 40 parcelles agricoles situées dans un gradient agro-climatique à l’ouest de la France. Les images des constellations Sentinel 2 et PlanetScope seront utilisées pour extraire la dynamique de l’indice de surface foliaire verte (GAI), et la fraction de rayonnement interceptée (fAPAR).

L’estimation de traits fonctionnels à partir des observations se fera à l’aide d’un système d’assimilation basé sur le FPM SiriusQuality qui sera couplé avec le modèle de structure Adel Wheat afin d’améliorer la description des processus liés à la structure comme l’interception de lumière ou l’évapotranspiration. Des méthodes Bayésiennes Monte Carlo seront appliquées afin d’estimer les paramètres variétaux de SiriusQuality pour chaque génotype. L’analyse de la distribution à posteriori des paramètres variétaux estimés permettra d’identifier ceux qui présentent une différence statistiquement significative entre les génotypes étudiés. Ces paramètres constitueront des traits fonctionnels. L’approche proposée par FFAST sera évaluée en analysant la capacité –à partir des traits fonctionnels– de prédire le comportement des génotypes dans des environnements non utilisés dans l’assimilation. Cette évaluation permettra aussi de comprendre la complémentarité des observations satellitaires avec les observations obtenues par les plateformes de phénotypage.

Les résultats du projet seront publiés dans des articles scientifiques appartenant à différents domaines scientifiques : phénomique, écophysiologie, agronomie et télédétection. De plus, les jeux des données acquis pour les 10 génotypes seront également partagés à travers un Data Paper. Enfin, les recherches menées pour produire des observations de GAI ou fAPAR utilisables pour le phénotypage à partir des images satellitaires de plusieurs constellations permettra à HIPHEN –entreprise partenaire dans FFAST– d’ouvrir de nouveaux services commerciaux.