Prélèvement et utilisation de l'azote chez le riz et relations avec la sensibilité à la pyriculariose : approches génétiques et physiologiques chez des japonica tempérés

Rice nitrogen uptake and utilization and relations with susceptibility to blast disease : Genetic and Physiological Approaches in Temperate Japonica

• Auteur / Autrice : Mathias Frontini
• Direction : Jean-Benoît Morel, Tanguy Lafarge
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et amélioration des plantes
• Date : Soutenance le 05/03/2021
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie et Génétique des interactions Plantes-parasites pour la Protection Intégrée/UMR BGPI Montpellier (Montpellier ; 1999-2020) - Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes méditerranéennes et tropicales
• Jury : Président / Présidente : Pierre Czernic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Benoît Morel, Tanguy Lafarge, Alia Dellagi, Jacques Le Gouis, François Lecompte, Elsa Ballini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alia Dellagi, Jacques Le Gouis

Mots clés

Mots clés libres

Pyriculariose

Riz japonica tempérés

Prélèvement post floral

Azote

Nis

Nue

Rice Blast

Temperate japonica rice

Post-Floral uptake

Nitrogen

Nis

Nue

Résumé

Deux des enjeux majeurs de la riziculture sont la protection face aux bioagresseurs ainsi que la gestion des intrants azotés. De surcroit, un apport d'azote mal géré peut provoquer l'augmentation de la sensibilité du riz à la pyriculariose, causée par l'agent pathogène Magnaporthe oryzae. Cette augmentation de sensibilité à l'échelle de la plante infectée est appelée Nitrogen Induced Susceptibility (NIS). Des études préliminaires suggèrent une relation possible entre des mécanismes de l'utilisation de l'azote et la NIS. L'objectif principal de nos travaux était d'explorer la diversité d'utilisation et de prélèvement d'azote dans un panel de riz adapté à la riziculture européenne et de la mettre en relation avec l'induction de sensibilité à la pyriculariose. Ainsi l'utilisation et le prélèvement d'azote ont été caractérisés physiologiquement et morphologiquement au champ et en conditions contrôlées. Il est apparu qu'il existait une diversité liée au génotype dans les quantités d'azote prélevées après floraison. Une forte capacité de prélèvement post floral a été associée à (i) une petite surface individuelle de la feuille drapeau et (ii) un ralentissement de la sénescence. Le résultat majeur de ce travail est la corrélation qui a pu être établie entre la capacité de prélèvement post floral (phénomène continue tardif, impacté par un grand nombre de facteurs) et la NIS (phénomène ponctuel et mesuré très tôt dans le cycle). Nous avons cherché les causes de cette relation par des approches génétiques (GWAS) et métaboliques. Plusieurs éléments suggèrent que la mise en place précoce des forces de puits diffère selon la capacité de prélèvement post floral de la plante ; un génotype favorisant un prélèvement post floral modulerait très tôt ses capacités de tallage, induisant une mobilisation des métabolites. Celle-ci serait accentuée par l'ajout précoce d'azote qui, concomitamment, rendrait la plante plus sensible à la pyriculariose en cas d'attaque précoce. Ce projet de thèse donne ainsi les clés pour identifier des profils d'utilisation et de prélèvement d'azote chez le riz qui d'une part permet de prédire une pré-disposition génétique à la NIS ; d'autre part d'optimiser la fertilisation par des apports synchronisés avec les phases où la plante est la plus réceptrice aboutissant à une meilleure efficience d'utilisation de l'azote (NUE).

Two of the major challenges in rice cultivation are protection against pests and diseases and the management of nitrogen inputs. In addition, improperly managed nitrogen inputs can increase the susceptibility of rice to blast disease, caused by the pathogen Magnaporthe oryzae. This increase in susceptibility at the level of the infected plant is called Nitrogen Induced Susceptibility (NIS). Preliminary studies suggest a possible relationship between mechanisms of nitrogen utilization and NIS. The main objective of our work was to explore the diversity of N use and uptake in a rice panel adapted to European cultivation and to relate it to induction of susceptibility to blast disease. Nitrogen use and uptake were characterized physiologically and morphologically in the field and under controlled conditions. It appeared that there was genotype-related diversity in the amounts of nitrogen uptake after flowering. A high capacity for post-flower uptake was associated with (i) a small individual surface area of the flag leaf and (ii) a slowing of senescence. The major result of this work is the correlation that could be established between the post-flower uptake capacity (continuous and late phenomenon, impacted by a large number of factors) and the NIS (one-time phenomenon measured very early in the cycle). We sought the causes of this relationship using genetic (GWAS) and metabolic approaches. Several elements suggest that the early establishment of sink forces differs according to the plant's post-floral uptake capacity; a genotype favoring post-floral uptake would modulate very early its tillering capacities, inducing metabolite mobilization. This would be accentuated by the early addition of nitrogen, which, concomitantly, would make the plant more susceptible to blast disease in the event of an early attack. Thus, this thesis project provides the keys to identifying nitrogen use and uptake patterns in rice that, on the one hand, allow us to predict genetic predisposition to NIS; on the other hand, allow us to optimize fertilization by applying nitrogen synchronously with the phases when the plant is most receptive, leading to better nitrogen use efficiency (NUE).