Caractérisation de nouveaux traits physiologiques pour aider l'amélioration de la tolérance au stress hydrique post-floral chez le sorgho – SorDrought

Le phénotypage racinaire a été réalisé selon deux approches complémentaires : la shovelomics en plein champ pour imager le système racinaire après excavation ; et la tomographie par ablation laser pour analyser les traits anatomiques des segments de racines coronaires prélevés au niveau du quatrième nœud.

Ces analyses ont été réalisées au Sénégal (Bambey) et sur trois sites supplémentaires dans le sud de la France, sur des panels représentant la diversité génétique mondiale et des variétés élites/lignes parentales. Des populations dérivées de lignes élites et de lignes donneuses contrastées pour des propriétés racinaires sont actuellement évaluées en plein champ et en conditions contrôlées au Sénégal.

Pour étudier la réponse à la sécheresse, la micro-tomographie aux rayons X (micro-CT) et l’imagerie optique ont permis de visualiser la propagation des embolies dans le système vasculaire de différents génotypes. L’efficacité de transpiration a été mesurée via une plateforme lysimétrique, tandis que la formation de la gaine racinaire a été quantifiée par le rapport masse de sol agrégé/masse racinaire (RS/RT).

Parallèlement, une revue bibliographique des modèles de prédiction génomique (végétaux, animaux, humains) capables d’intégrer des annotations fonctionnelles a été menée. Sur cette base, des approches alternatives sont explorées à partir d’un jeu de données publié sur le maïs (Ali et al., 2025, The Plant Genome 18, e20553).

Des panels de diversité et des lignes élites de sorgho ont été caractérisés pour leur architecture racinaire (shovelomics) et leur anatomie racinaire (tomographie par ablation laser et segmentation par IA) en conditions de plein champ, en Afrique de l’Ouest et en Europe. L’efficacité de transpiration a été évaluée sur plateforme lysimétrique, et la formation de la gaine racinaire quantifiée en conditions contrôlées. Ces analyses ont permis d’identifier des lignes contrastées pour ces caractères, ainsi que des populations biparentales (BCNAM) destinées à des études génétiques. Ces populations ont ensuite été phénotypées pour les mêmes caractères en champ et en laboratoire. Les données sont en cours d’analyse pour identifier des régions génomiques (QTL) contrôlant ces traits et développer des lignes quasi-isogéniques différant pour ces QTL, afin d’évaluer leur contribution à la tolérance à la sécheresse.

Deux techniques indépendantes, la micro-CT et l’imagerie optique, ont permis de visualiser directement la propagation des embolies dans le système vasculaire. Pour la première fois, le spectre de résistance aux embolies a été établi pour les principales cultures. Le sorgho s’est révélé l’une des espèces les plus résistantes, avec une P50 moyenne de -4,0 ± 0,2 MPa, significativement plus négative que celles du blé (-2,2 ± 0,2 MPa), de l’orge (-2,4 ± 0,2 MPa), du soja (-1,85 ± 0,1 MPa) ou du maïs (-1,9 ± 0,1 MPa). Une variabilité intraspécifique significative a également été mise en évidence entre génotypes de sorgho.

En prédiction génétique, un modèle statistique bayésien, initialement développé pour la cartographie génétique, a été testé. Ses performances, évaluées pour des ensembles d’annotations fonctionnelles (1 à 30) pondérées par leur informativité (indice de Gini), dépassent dans certaines conditions celles des modèles standards (GBLUP) ou intégrant des annotations fonctionnelles (MultiBlup, BayresRC).

Les analyses génétiques en cours identifieront les régions génomiques et les gènes candidats sous-tendant les caractères clés de tolérance à la sécheresse. Les mécanismes moléculaires contrôlant ces traits seront ensuite étudiés.

Des lignées contrastées pour les QTL associés à ces caractères seront évaluées en essais au champ sous différents scénarios de stress, afin d’en mesurer la contribution à la résilience. L’intégration de ces données physiologiques et moléculaires dans des modèles de prédiction génomique sera testée pour en améliorer la précision. Le modèle développé sera validé sur des jeux de données complémentaires (ex. riz : 2 600 génotypes, plusieurs millions de SNP) et des structures de population variées (population BCNAM de sorgho). Ses propriétés seront également évaluées pour différentes annotations fonctionnelles .

À terme, SorDrought fournira aux sélectionneurs des outils innovants pour développer une nouvelle génération de céréales, exploitant des caractères physiologiques inédits afin d’améliorer le rendement et la résilience du sorgho en Europe et en Afrique de l’Ouest.

Les céréales jouent un rôle central pour la sécurité alimentaire mondiale et leur production est fortement impactée par le changement climatique. L’augmentation de la fréquence des épisodes de sécheresse sévère est l’une des causes majeures de cet impact. Le sorgho est l’une des céréales les plus tolérantes au stress hydrique et est une culture clé pour la sécurité alimentaire en Afrique. Il est aussi est appelé à jouer un rôle de plus en plus important en Europe pour adapter l’agriculture aux climats futurs. Il y a une grande diversité génétique pour la tolérance à la sécheresse chez le sorgho mais les bases physiologiques et génétiques en restent mal connues. Par ailleurs, il devient urgent de cibler des traits physiologiques bien définis plutôt que les traits standards considérés actuellement en amélioration pour améliorer la réponse des plantes cultivées à l’augmentation des épisodes de sécheresse.
Le projet SorDrought se focalise sur le stress hydrique postfloraison qui est le stress ayant l’impact le plus important en Europe et en Afrique de l’Ouest. Dans ce contexte, l’objectif est d’identifier de nouveaux traits qui contribuent à la tolérance à ce stress spécifique, de caractériser leurs bases génétiques et d’évaluer comment ces connaissances pourraient être utilisées pour améliorer les programmes de sélection. Plus précisément, le projet ciblera des traits qui améliorent l’efficience d’utilisation de l’eau et le maintien de la continuité hydraulique pour maintenir le rendement en conditions de stress.
Le projet SorDrought exploitera d’une part sur les génotypes élites qui sont mobilisés au sein des programmes de sélection d’Europe et d’Afrique de l’Ouest, de panels représentatifs de la diversité globale du sorgho, qui constituent des réservoirs de diversité potentiellement pertinents, et de populations multi-parentales développées dans le cadre de projets de collaborations passés qui présentent le double avantage d’être des outils d’analyse génétique et des vecteurs d’injection d’allèles favorables au sein de génotypes élites.
Pour mener à bien ses objectifs le projet SorDrought s’appuiera sur un collectif maitrisant la caractérisation phénotypique des caractères adaptatif ciblés, ayant montré sa capacité à identifier les bases génétiques de caractères d’intérêt agronomique et à mobiliser ces informations dans le cadre de l’optimisation des programmes de sélection. Le projet SorDrought a été co-construit par des chercheurs de 3 laboratoires publics (DIADE, AGAP, BIOGECO) et des sélectionneurs de deux compagnies semencières (Eurosorgho et RAG2TN) ainsi que du CERAAS, le Centre d’Excellence Régional pour les céréales sèches en Afrique de l’Ouest. SorDrought vise à fournir de nouveaux outils aux sélectionneurs pour créer une nouvelle génération de céréales sur la base de nouveaux traits physiologiques pour améliorer le rendement et la résilience du sorgho en Europe et en Afrique de l’Ouest.