Projet de Thèse : De la racine au champ : élucider les bases écologiques et génétiques des interactions entre génotypes pour concevoir des mélanges variétaux de blé dur résilients
Mots-clés :
Blé dur, mélanges variétaux, architecture racinaire, interactions plante-plante, écologie fonctionnelle, génétique quantitative, QTL, résilience climatique, stress hydrique
Résumé :
Le blé dur est une culture clé des régions méditerranéennes, de plus en plus affectée par le stress hydrique lié au changement climatique. Ce projet de thèse vise à comprendre comment l’architecture du système racinaire, en particulier l’intensité de ramification des racines, influence les interactions entre génotypes et détermine la performance des mélanges variétaux de blé dur. En combinant écologie fonctionnelle et génétique quantitative, le projet identifiera les bases génétiques des traits racinaires et développera des outils prédictifs pour concevoir des mélanges variétaux plus résilients et plus productifs.
Contexte :
Le blé dur joue un rôle essentiel dans les systèmes agricoles mondiaux, en particulier dans les régions semi-arides, en raison de son adaptabilité, de son importance économique et de sa contribution à la sécurité alimentaire (Sissons 2016). Comme d’autres cultures de ces régions, le blé dur subit déjà des pertes de rendement liées à l’augmentation des températures et à la réduction de la disponibilité en eau (Rao 2011). Diversifier la composition des parcelles de blé dur en introduisant des mélanges variétaux, plutôt que des peuplements monogénotypiques, pourrait améliorer l’efficacité d’utilisation des ressources par le biais d’interactions positives entre variétés (Barot et al. 2017). Notre équipe a identifié plusieurs loci de caractères quantitatifs (QTL) associés à l’intensité de ramification racinaire (RBI) chez le blé dur (Triticum turgidum ssp. durum). Nos données préliminaires indiquent que ces QTL candidats sont liés à la performance des mélanges variétaux dans des conditions environnementales contrastées, suggérant que les gènes liés à la RBI pourraient être impliqués dans les interactions plante-plante et constituer ainsi un outil prédictif pour concevoir des mélanges variétaux. Cependant, optimiser la composition des mélanges variétaux reste un défi scientifique majeur (Borg et al. 2018 ; Wuest et al. 2021), principalement en raison de la méconnaissance des mécanismes sous-jacents aux interactions variétales.
Objectif :
L’objectif principal de cette thèse est d’exploiter les interactions plante-plante pour renforcer la résilience du blé dur face aux contraintes abiotiques, notamment la sécheresse. Plus spécifiquement, il s’agit de mieux comprendre les interactions souterraines entre plantes afin d’établir des règles d’assemblage optimales pour la composition des mélanges variétaux face aux limitations en eau.
Méthodes :
Ce projet de thèse combinera écologie fonctionnelle et génétique quantitative pour identifier les déterminants génétiques des traits architecturaux racinaires et évaluer leur impact sur la performance des mélanges variétaux. Contrairement aux approches précédentes principalement centrées sur les traits phénotypiques (Montazeaud et al. 2020), notre approche interdisciplinaire permettra de descendre jusqu’au niveau génétique, offrant ainsi une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans les interactions variétales sous des conditions de ressources contrastées. Cela fournira également des applications directes pour la sélection végétale, notamment des marqueurs moléculaires permettant de concevoir des mélanges variétaux de blé dur résilients et génétiquement diversifiés.
Le travail s’articulera en trois grandes étapes :
• Phénotypage détaillé du système racinaire sur un panel de 180 génotypes de blé dur, en conditions contrôlées et au champ, avec un accent particulier sur la ramification racinaire.
• Analyses génétiques (GWAS) pour identifier les QTL impliqués dans l’architecture racinaire et leurs interactions avec la disponibilité en eau.
• Expérimentations de mélanges variétaux sous différents scénarios de disponibilité en eau afin d’évaluer la performance agronomique et de décrypter les mécanismes écologiques (complémentarité, compétition) associés aux traits racinaires.
Les partenaires bénéficieront de l’expertise et des infrastructures du ‘Terrain d’Expérience’ du CEFE pour les essais en serre, ainsi que de l’UE DIASCOPE de l’INRAE pour les expérimentations en plein champ.
Résultats attendus :
Le premier résultat attendu concerne la constitution d’un jeu de données détaillé sur les traits racinaires du blé dur et leur capacité de plasticité face au stress hydrique. Ces traits seront mesurés selon des protocoles rigoureux et standardisés sur un large panel de variétés, afin de caractériser la diversité existante. Ces données viendront pallier le déficit actuel d’informations sur les traits racinaires dans les bases de données dédiées aux cultures (par exemple, CropTraits). Elles permettront également d’analyser la diversité des traits racinaires, leurs liens avec les traits des parties aériennes, ainsi que leurs variations en fonction des ressources disponibles. Ces travaux donneront lieu à une première publication scientifique.
Le deuxième résultat attendu portera sur la compréhension fine de l’architecture génétique des traits racinaires chez le blé dur, avec un intérêt particulier pour l’intensité de ramification racinaire (RBI). Cette étape permettra également d’explorer les interactions entre ces déterminants génétiques et les conditions environnementales, notamment en ce qui concerne la disponibilité en eau.
Enfin, le dernier volet de ce travail consistera à évaluer de manière expérimentale les bénéfices agronomiques des mélanges variétaux, notamment dans des conditions de contrainte hydrique. Ces expérimentations permettront de valider l’influence des QTL liés à la RBI sur la performance des mélanges et de mieux comprendre les mécanismes écologiques qui sous-tendent ces effets. Au-delà de ces avancées fondamentales, ce travail visera à développer des outils prédictifs basés sur les traits racinaires fonctionnels et des marqueurs génétiques, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la sélection de mélanges variétaux plus performants et mieux adaptés aux conditions climatiques futures.
Références :
Barot S, Allard V, Cantarel A, et al (2017) Designing mixtures of varieties for multifunctional agriculture with the help of ecology. A review. Agronomy for Sustainable Development 37:13. https://doi.org/10.1007/s13593-017-0418-x
Borg J, Kiær LP, Lecarpentier C, et al (2018) Unfolding the potential of wheat cultivar mixtures: A meta-analysis perspective and identification of knowledge gaps. Field Crops Research 221:298–313. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2017.09.006
Montazeaud G, Violle C, Roumet P, et al (2020) Multifaceted functional diversity for multifaceted crop yield: Towards ecological assembly rules for varietal mixtures. Journal of Applied Ecology 57:2285–2295. https://doi.org/10.1111/1365-2664.13735
Rao SC (2011) Challenges and strategies of dryland agriculture. Scientific Publishers
Sissons M (2016) Durum wheat chemistry and technology. Academic Press
Wuest SE, Peter R, Niklaus PA (2021) Ecological and evolutionary approaches to improving crop variety mixtures. Nature Ecology & Evolution 5:1068–1077. https://doi.org/10.1038/s41559-021-01497-x
Financement et informations pratiques :
Contrat doctoral entièrement financé sur 3 ans, incluant le salaire, les frais liés aux expérimentations, les déplacements et la participation aux conférences.
Profil du candidat :
Master ou diplôme d’ingénieur en sciences végétales, agronomie, écologie ou génétique.
Compétences souhaitées : Expérimentation en serre et au champ, écologie fonctionnelle, analyses statistiques, génétique des plantes.
Qualités indispensables : Autonomie, rigueur et aptitude au travail en équipe.
Niveau de langue requis :
Français : minimum B2
Anglais : minimum B2
Candidature :
Date limite de candidature : 31 juillet 2025
Date de début du contrat : entre le 1er octobre et le 1er décembre 2025
Les candidatures (CV, lettre de motivation, date de début souhaitée, lettre(s) de recommandation) sont à envoyer à :
Florian Fort – florian.fort@cefe.cnrs.fr
Germain Montazeaud – germain.montazeaud@inrae.fr
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