Décrypter les déterminants génétiques et écologiques des interactions entre génotypes dans les mélanges de blé dur pour valoriser les interactions entre plantes

Deciphering the genetic and ecological determinants of interactions between genotypes in durum wheat mixtures to enhance plant interactions

• Auteur / Autrice : Michel Colombo
• Direction : Hélène Fréville, Cyrille Violle, Florian Fort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'agronomie
• Date : Soutenance le 30/11/2023
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes/UMR AGAP Montpellier - Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive / CEFE
• Jury : Président / Présidente : Adeline Barnaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Fréville, Cyrille Violle, Florian Fort, Adeline Barnaud, Laurence Moreau, Michel-Pierre Faucon, Noémie Gaudio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Moreau, Michel-Pierre Faucon

Mots clés

Mots clés libres

Biologie évolutive

Selection de parentèle

Génomique

Interaction plante plante

Agro-Écologie

Domestication et amélioration des plantes

Evolutive biology

Kin selection

Genomic

Plant plant interaction

Agroecology

Crop domestication and breeding

Résumé

Les mélanges variétaux de céréales sont de plus en plus présents dans le paysage agricole français mais leurs taux d'adoptions et leurs performances varient spatialement. Comprendre les raisons de cette variabilité est important pour accompagner et raisonner leurs adoptions. D'un point de vue théorique, les mélanges variétaux sont un assemblage de génotypes qui inter-réagissent entre eux. L'étude des interactions entre génotypes dans un couvert végétal est donc fondamentale pour comprendre la variabilité des performances des mélanges variétaux. L'écologie fonctionnelle a beaucoup étudié les interactions plante-plante via la description de patrons d'association entre les traits des plantes (par ex, hauteur, surface foliaire, longueur racinaire, etc.) et la productivité des communautés végétales. D'un point de vue génétique, les interactions plante-plante ont été peu abordées. Pourtant, il est essentiel de déchiffrer les bases génétiques des interactions entre plantes afin de mieux appréhender l'impact de la diversité sur la productivité des communautés cultivées.Dans ce contexte, cette thèse structurée en quatre chapitres propose de répondre à quatre questions de recherche en utilisant le blé dur comme modèle d'étude des céréales. Dans un premier temps, nous réalisons une analyse rétrospective de l'évolution des interactions entre plantes depuis la révolution verte pour comprendre comment les programmes d'amélioration des plantes du XXème siècle ont modifié les interactions entre plantes. Dans un second temps, nous évaluerons le potentiel des mélanges pour réduire la fertilisation dans le contexte de la transition agro-écologique. Plus précisément, nous nous poserons la question : Le niveau de ressources influence-t-il les interactions entre génotypes et la production des parcelles de mélange de blé dur ? Dans un troisième temps, nous analyserons si la manière d'agencer les variétés de blés dans une parcelle influence la nature des interactions entre génotypes et la performance des mélanges de génotypes. Finalement, dans une dernière partie, nous nous intéressons à l'analyse des traits de communautés fongiques. Ces traits sont supposés jouer un rôle important dans la performance des plantes et les interactions entre plantes via les fonctions de nutritions ou de protections contre des pathogènes. Cependant les communautés fongiques sont difficiles à décrire d'un point de statistiques. Dans cette dernière partie, nous proposons une méthode de description des communautés fongiques et nous analyserons le potentiel d'incorporation des communautés fongiques dans un programme d'amélioration des plantes visant à développer des mélanges variétaux. Nous finirons par discuter des implications de ces questions pour l'élaboration de nouvelles expériences et le développement de nouveaux schémas de sélection.

Cultivar mixtures are increasingly present in the French agricultural landscape, but their adoption rates and performances vary spatially. Understanding the reasons for this variability is important to support and rationalize their adoption. From a theoretical perspective, mixed varieties are an assemblage of genotypes that interact with each other. The study of interactions between genotypes in a plant cover is fundamental to understand the variability in the performance of mixed varieties. Functional ecology has extensively studied plant-plant interactions by describing patterns of association between plant traits (e.g., height, leaf area, root length, etc.) and the productivity of plant communities. From a genetic perspective, plant-plant interactions have been less explored. However, it is essential to decipher the genetic basis of plant interactions to better understand the impact of diversity on the productivity of cultivated communities.In this context, this thesis, structured into four chapters, aims to address four research questions using durum wheat as a model for studying cereals. First, we conduct a retrospective analysis of the evolution of plant interactions since the Green Revolution to understand how plant breeding programs in the 20th century have modified plant interactions. Second, we will assess the potential of mixed varieties to reduce fertilization in the context of agro-ecological transition. Specifically, we will ask: Does the level of resources influence interactions between genotypes and the yield of durum wheat mixed plots? Third, we will analyze whether the way wheat varieties are arranged in a field influences the nature of interactions between genotypes and the performance of genotype mixtures. Finally, in the last part, we focus on the analysis of fungal community traits. These traits are assumed to play an important role in plant performance and plant interactions through nutritional or protective functions against pathogens. However, fungal communities are difficult to describe statistically. In this final section, we propose a method for describing fungal communities and analyze the potential for incorporating fungal communities into a plant breeding program aimed at developing mixed varieties. We will conclude by discussing the implications of these questions for the design of new experiments and the development of new selection schemes.