Thèse de Doctorat de l’Université de Montpellier

Mardi 13 décembre 2022 à 9h30, Amphi Philippe Lamour

Plasticité du système racinaire du blé en condition de carence en N, P ou K révélée par développement d’une méthodologie de phénotypage intégrant les poils absorbants

M. Jacques Le Gouis, Directeur de Recherche, INRAE, Clermont-Ferrand        Rapporteur
Mme. Maïté Vicré, Maître de Conférence, Université de Rouen                          Rapportrice
Mme. Marion Prudent, Chargée de Recherche, INRAE, Dijon                            Rapportrice
M. Claude Doussan, Chargé de Recherche INRAE, Avignon                             Examinateur
Mme. Claude Plassard, Directrice de Recherche, INRAE, Montpellier               Examinatrice
Mme. Anne-Aliénor Véry, Directrice de Recherche, CNRS, Montpellier             Directrice de Thèse
M. Hervé Sentenac, Directeur de Recherche, INRAE, Montpellier                    Encadrant
M. Jean-Benoît Peltier, Chargé de Recherche, INRAE, Montpellier                  Encadrant

Résumé:

Une faible disponibilité des macroéléments dans la plupart des sols cultivés limite fortement les rendements des cultures en absence de fertilisation. Une meilleure compréhension de l’adaptation des systèmes racinaires à des sols pauvres en ions nutritifs, et l’exploitation de la diversité génétique existante dans ce domaine, entre espèces et/ou variétés, sont susceptibles de contribuer au développement de nouveaux cultivars et de nouvelles pratiques agronomiques permettant de limiter les intrants de fertilisation chimique coûteux et polluants pour l’environnement. L’architecture du système racinaire et la production des poils absorbants à l’interface racine-sol, sont des déterminants majeurs de la capacité du système racinaire à explorer le sol et prélever les ions nutritifs. A ce jour, aucune méthodologie ne permettait de phénotyper les poils absorbants dans un système racinaire considéré dans sa totalité. Dans le cadre de cette thèse, j’ai développé une méthodologie de phénotypage global, intégratif, des systèmes racinaires, incluant les poils absorbants. Un dispositif original de type rhizobox a été développé, permettant d’acquérir des images à haute résolution, pour lesquelles j’ai mis au point une procédure d’analyse informatisée associant le logiciel libre Ilastik pour la segmentation des images, et les logiciels WinRHIZOTM et ImageJ pour l’analyse de traits globaux caractérisant le développement racinaire. Après validation de la méthodologie, les systèmes racinaires de deux génotypes de blé, un cultivar d’amidonnier (T.t. dicoccum, cv Escandia), ancêtre du blé dur, et une variété de pays de blé dur (T.t. durum, cv Oued Zenati) ont été comparés entre eux et par rapport à leur réponse à une faible disponibilité en phosphate (P), azote (N) ou potassium (K). Chez des plantules âgées de 15 jours (racines de ca. 30 cm de long), les carences en N, P ou K ont affecté différentiellement la croissance des plantes (allocation de la biomasse entre racines et feuilles, et développement préférentiel du système racinaire). Les trois carences se sont révélées entraîner une augmentation de la surface totale du système racinaire, qui s’est elle-même révélée comme résultant principalement d’une augmentation de la surface totale des poils absorbants sur le système racinaire entier (traduisant une augmentation de la densité et/ou longueur des poils sur tout le système). Le taux d’augmentation de la surface totale des poils absorbants était variable entre les deux variétés et selon l’élément limitant, plus fort en condition de carence en N chez l’amidonnier, et de carence en P chez la variété de pays. Toutes les réponses racinaires analysées, incluant ou non les poils absorbants, ont révélé une plus grande plasticité développementale en réponse aux carences nutritives chez la variété ancestrale. Une perspective ouverte par ce travail serait de comparer cette plasticité chez différentes variétés de blé récapitulant la domestication et l’amélioration de cette espèce. En perspective également, je montre que la méthodologie que j’ai développée peut permettre de phénotyper les réponses racinaires à des conditions biotiques (présence de bactéries de type Plant Growth Promoting Rhizobacteria).

Mots clés : nutrition minérale, blé, architecture racinaire, phénotypage des poils absorbants, analyses d’images, NPK