Contexte général du sujet
Les changements globaux et l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des épisodes de sécheresse constituent un enjeu majeur pour l’adaptation des cultures aux nouvelles conditions environnementales. Parmi les contraintes abiotiques, le stress hydrique affecte fortement la croissance, le développement et la productivité des plantes cultivées.
Les blés tétraploïdes comptent parmi les premières formes de blé domestiquées et conservent aujourd’hui une importance majeure, à la fois culturelle et économique, notamment dans le bassin méditerranéen. Leur intérêt est double : d’une part, leurs grains sont traditionnellement utilisés pour la production de pâtes et de semoule et d’autre part, leur histoire évolutive et leur culture ancienne dans des environnements chauds et secs suggèrent qu’ils ont pu acquérir différentes formes d’adaptation à la sécheresse. Cette diversité d’adaptations potentielles en fait ainsi un matériel particulièrement intéressant pour étudier les mécanismes de réponse au stress hydrique.
Ce stage s’inscrit dans un projet visant à mobiliser la diversité adaptative encore sous-exploitée chez le blé tétraploïde, qui inclut le blé dur et des espèces apparentées, en se focalisant sur l’adaptation au stress hydrique.
L’étude porte sur huit variétés traditionnelles de blé tétraploïde (ci-après génotypes) originaires de différentes régions du pourtour méditerranéen et susceptibles de présenter des stratégies contrastées d’adaptation à la sécheresse.
Ces génotypes ont été cultivés en serre entre 2025 et 2026 selon deux scénarios hydriques : une condition contrôle bien irriguée (WW) et un scénario de stress hydrique progressif suivi d’une phase de récupération (WD). Des mesures phénotypiques longitudinales (au cours du temps), des données spectrales dans le proche infrarouge (NIRS) ainsi que des mesures de teneur en azote foliaire ont été acquises afin de caractériser la dynamique de réponse des plantes au stress.
Problématique
L’objectif principal du stage sera de déterminer dans quelle mesure les huit génotypes diffèrent dans leur dynamique de réponse et de récupération après un stress hydrique et d’évaluer dans quelle mesure cette adaptation est liée à l’origine géographique du génotype.
Il s’agira notamment de distinguer les effets liés au développement des plantes de ceux spécifiquement induits par le stress hydrique, puis d’identifier d’éventuelles interactions entre le génotype, le scénario hydrique et le temps. Le stage cherchera ainsi à répondre aux questions suivantes : comment le stress hydrique modifie-t-il les trajectoires phénotypiques au cours du développement ? Ces modifications sont-elles similaires pour l’ensemble des génotypes ou révèlent-elles des réponses spécifiques pouvant traduire différentes stratégies d’adaptation à la sécheresse ? Les mesures spectrales NIRS et les variations de teneur en azote foliaire permettent-elles de mettre en évidence des signatures physiologiques associées à ces réponses ? Peut-on lier ces adaptations aux différentes origines géographiques des variétés traditionnelles, suggérant ainsi une adaptation locale à la sécheresse chez le blé tétraploïde ?
Déroulement du stage (acquisition de données, modélisation, résultats attendus etc…)
Les données nécessaires au stage ont déjà été acquises.
Dans un premier temps, le/la stagiaire prendra en charge l’exploration, et la structuration des données phénotypiques longitudinales. Ces données comprennent notamment des mesures hebdomadaires associées au développement et à la fitness au cours du développement des plantes.
Le/la stagiaire développera une approche de modélisation statistique adaptée à ces données répétées dans le temps. Après validation des modèles, l’objectif sera de quantifier les effets du temps, du scénario hydrique et du génotype, ainsi que leurs interactions. Ces analyses permettront de caractériser les différences de trajectoires entre plantes contrôles et stressées et entre génotypes et d’identifier les différente stratégies d’adaptation des génotypes.
En parallèle, le/la stagiaire travaillera sur les données spectrales NIRS. Une méthode de prédiction, via un modèle PLS, développée au laboratoire sera utilisée pour prédire la teneur en azote des plantes.
Les profils spectraux seront également étudiés à l’aide d’approches multivariées afin de déterminer dans quelle mesure ils permettent de discriminer les scénarios hydriques et les génotypes et de caractériser l’évolution de leur réponse au cours du temps.
La fin du stage sera dédiée à mesurer l’adaptation locale des huit génotypes. Celle-ci sera évaluée à l’aide des données bioclimatiques associées aux différents lieux d’origine de variétés disponibles dans la base de données CHELSA (https://www.chelsa-climate.org/).
Les résultats attendus sont notamment l’identification de trajectoires phénotypiques contrastées entre génotypes, la quantification des effets du stress hydrique, l’identification de réponses génotype-spécifiques, et le lien entre réponse phénotypique et origine géographique des huit génotype.
Méthodes, techniques, outils à utiliser
Le stage mobilisera principalement des méthodes de statistique et d’analyse de données sous R.
Pour les données longitudinales, des modèles adaptés aux mesures répétées seront utilisés, en particulier des modèles linéaires et modèles linéaires généralisés (GLM), avec prise en compte de la structure expérimentale et de la répétition des mesures sur un même individu. Selon la dynamique observée, des approches permettant de modéliser des relations non linéaires au cours du temps pourront également être envisagées, notamment des modèles à splines. Les effets du génotype, du scénario hydrique, du temps et de leurs interactions seront alors quantifiés.
Les données NIRS seront analysées à l’aide de méthodes d’analyse multivariée, notamment des analyses en composantes principales (ACP), ainsi que par l’application et l’évaluation d’une équation de prédiction de la teneur en azote foliaire développée chez le blé au laboratoire.
Finalement, l’adaptation locale sera évaluée par comparaison des mesures phénotypiques aux variables bioclimatiques associées aux lieux d’origine des génotypes. Cette comparaison se basera sur des mesures de corrélation entre la matrice de distances phénotypiques et la matrice de distances climatiques, notamment par des tests de Mantel.
Les principaux outils mobilisés seront le logiciel de programmation R, avec notamment des packages dédiés à la manipulation et à la visualisation des données (tidyverse, ggplot2), à la modélisation statistique (emmeans, lme4, glmmTMB, splines) et aux analyses des NIRS (prospectr, spectrolab, nirsextra).
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