Amélioration génétique des PRAIries SEmées face aux aléas climatiques : valorisation de la diversité – PRAISE

Sur la base d’une approche fonctionnelle, la prise en compte des interactions génotypiques au sein et entre les espèces nous semble nécessaire et doit être envisagée dans les schémas de sélection destinés à améliorer la production et la pérennité des prairies plurispécifiques. Cette prise en compte passe par l’intégration du rôle de la variabilité intraspécifique dans la régulation des interactions intra et interspécifiques, au sein de la communauté, qui, in fine, influencent le service de production. Il est donc nécessaire d’intégrer dans les schémas de sélection la variabilité des réponses génotypiques et la dynamique de cette variabilité au cours du temps. Cette nécessité oblige la levée de verrous scientifiques et méthodologiques relatifs au transfert d’échelle (individu-population-communauté) et la prise en compte des corrélations possibles entre les caractères d’intérêt. Le projet PRAISE propose de lever ces verrous en,

(i) travaillant à l’interface de plusieurs disciplines. La génétique quantitative et l’écophysiologie pour l’étude de la réponse des caractères à l’échelle individu, l’écologie fonctionnelle des communautés et l’écophysiologie pour le transfert des réponses des caractères et de leur variabilité à la réponse à l’échelle des populations et des communautés, ainsi que la génétique des populations pour les aspects dynamiques de la variabilité génétique intraspécifique face aux pressions sélectives.
(ii) combinant expérimentations et modélisation pour l’analyse et la compréhension de de l’effet de la distribution des caractères fonctionnels. Le couplage des modèles individu centré et de l’approche fonctionnelle permettra une prise en compte efficace de la variabilité génétique intraspécifique dans la production des mélanges plurispécifiques, support de l’amélioration génétique des espèces, dans la réponse des communautés.

Nos premiers résultats expérimentaux ont permis de mettre en évidence un effet complémentaire de la diversité spécifique et de la diversité génétique (intraspécifique) dans la production des communautés. Alors que la diversité spécifique améliore la production de biomasse cumulée en régime hydrique limitant, la diversité génétique quant à elle, influence positivement la stabilité de la production des communautés prairiales semées dans nos conditions d’expérimentation. Ce résultat est pionnier dans la thématique et conforte notre hypothèse de travail (cad. plus-value de la diversité génétique dans la production des cultures) du projet PRAISE. De plus, nous démontrons l’importance des mécanismes de complémentarité de niches dans le rôle de la diversité.
Par ailleurs, nos actions de modélisation sur les premiers mois de PRAISE ont permis d’adapter le modèle de légumineuse de « Virtual Grassland » à d’autres légumineuses que la luzerne. L’analyse de la variabilité de la morphogenèse aérienne et racinaire d’un large panel d’espèces choisies pour leur importance agronomique et leurs traits morphologiques contrastés nous a permis (1) de vérifier que les hypothèses sur lesquelles était fondée la morphogenèse dans L-legume étaient robustes, et (2) de récolter les données nécessaires au paramétrage de ce modèle pour un large panel de morphotypes.

Sur la base du matériel utilisé dans nos expérimentations, nous avons commencé à développer un outil moléculaire d’assignation génotypique qui permettra de définir avec plus de précision la part du mécanisme de complémentarité de niche de celle du mécanisme de sélection dans l’effet de la diversité. En termes de modélisation, le couplage entre morphogenèse racinaire et morphogenèse aérienne a été entrepris, dans un premier sur les graminées, en se basant sur les principes du modèle Archisimple (Pagès et al. 2014), mais nous procèderons à un travail de simplification et d’optimisation de ce couplage. Enfin, la paramétrisation des modèles que nous développons (dans le WP2) sera faite, dans la suite du projet, avec les données de phénotypage des génotypes utilisés dans nos expérimentations (WP1). Les travaux méthodologiques du WP3, basés sur des éléments de la théorie de l’amélioration des plantes et de la génétique quantitative, seront confrontés aux données en cours d’acquisition dans le cadre des WP1 et WP2 pour le développement d’un schéma de sélection destiné à améliorer la valeur en assemblage pluri-spécifique des espèces fourragères.

-Litrico I. & Violle C. (2015) Diversity in plant breeding: a new conceptual framework. Trends in Plant Science (in press. DOI: 10.1016/j.tplants.2015.07.007 )

-Prieto I., Violle C., Barre P., Durand J.L., Ghesquiere M., Litrico I., (2015). Complementary effects of species and genetic diversity on productivity and stability of sown grasslands. Nature Plants, 1, 4

La question de l’adaptation des systèmes de production agricole intensifs dans le contexte du changement global est un véritable défi. Ces systèmes vont devoir évoluer sous l’effet des forçages environnementaux associés notamment aux aléas climatiques. L’amélioration génétique classique basée sur l’obtention d’un idéotype de variabilité génétique réduite voire nulle (lignée pure) installé en monoculture, bien qu’efficace et nécessaire, n’apporte qu’une solution partielle pour la pérennité du couvert et la stabilité interannuelle de production face à la variabilité intra et interannuelle des déficits hydriques. De nombreuses études en écologie démontrent la plus-value de la diversité génétique et spécifique pour la stabilité temporelle de la production. Promouvoir la diversité spécifique des cultures permettrait de faire face aux aléas climatiques, tout en apportant une réponse aux défis environnementaux lancés à l’agriculture de demain (faibles intrants, maintien de la biodiversité spontanée…). Telle est notre hypothèse de travail pour ce projet PRAISE.

L’utilisation des espèces cultivées en mélanges plurispécifiques a une très forte implication sur la création variétale, et l’amélioration génétique des espèces cultivées pour une telle utilisation reste à développer. Le comportement d’une variété installée en pur n’est pas forcement corrélé à son comportement en mélange en raison des pressions de sélection locales générées par les interactions de voisinage au sein des mélanges. Nous postulons qu’un changement radical de paradigme au niveau de la sélection variétale est indispensable à mettre en œuvre pour atteindre ces objectifs. La prise en compte des interactions génotypiques au sein et entre les espèces nous semble nécessaire et doit être explicitement envisagée dans les schémas de sélection pour améliorer la production et la pérennité des cultures face aux aléas climatiques.
Le projet PRAISE propose de se focaliser sur la prairie temporaire semée plurispécifique. Une culture dont le rôle est majeur dans un contexte d’agriculture durable et dont la diversité génétique (intra- et inter-) est une composante intrinsèque jusqu’ici peu exploitée. Le projet PRAISE propose de réfléchir cette diversité et de la valoriser.

L’objectif général est de poser les bases génétiques et écologiques de l'amélioration des espèces destinées à une utilisation en mélange en s’appuyant sur l’étude de mélanges prairiaux devant faire face à des déficits hydriques. Plus spécifiquement, il s’agit (i) d’identifier les conditions génétiques et écologiques, qui favorisent une production importante et stable des prairies multispécifiques au cours du temps et (ii) de fournir les bases théoriques d’un schéma de sélection innovant des espèces fourragères prairiales dans la perspective d’une utilisation en mélange.
Le projet PRAISE propose de travailler à l’interface de plusieurs disciplines, la génétique quantitative, l’écophysiologie, l’écologie fonctionnelle, l‘écologie des communautés et la génétique des populations, via un couplage d’approches expérimentales et par modélisation. Le projet PRAISE développera ainsi les connaissances nécessaires à la mise en œuvre d’un schéma de sélection innovant pour la création variétale intégrant explicitant la diversité (génétique, spécifique, taxonomique). Le projet PRAISE posera la théorie d’un schéma de sélection qui pourrait être appliqué sur d’autres espèces cultivées, notamment pour des espèces de grandes cultures (mélanges variétaux et/ou plurispécifiques) pour lesquels des défis environnementaux importants sont également posés.