De l’ancêtre sauvage aux variétés modernes du blé dur : stratégies écologiques et réponse à la compétition

From wild ancestors to modern durum wheat varieties : ecological strategies and response to competition

• Auteur / Autrice : Taïna Lemoine
• Direction : Cyrille Violle, Hélène Fréville, Florian Fort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 06/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Hinsinger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maud Tenaillon, Olivier Duchene
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joëlle Fustec, Anne Laperche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compétition (biologie)

Écologie agricole

Phénotype

Plantes -- Allométrie

Écologie fonctionnelle

Blé dur

Mots clés libres

Écologie fonctionnelle

Blé dur

Espèce cultivée

Aptitude à la compétition

Espace phénotypique

Allométrie

Functional ecology

Durum wheat

Crop species

Competitive ability

Phenotypic space

Allometry

Résumé

La domestication a conduit à de profonds changements phénotypiques des espèces cultivées, amenant à l’émergence de « syndromes de domestication ». L’adaptation de ces espèces aux conditions des cultures (peuplement monospécifique, forte densité, haut niveau d'intrants), a abouti à un surinvestissement des individus dans la compétition pour les ressources, au détriment de la productivité du groupe. Bien que la compétition intraspécifique dans les cultures soit un sujet central pour les sélectionneurs et les agronomes depuis le milieu du XXe siècle, l’évolution de l’aptitude à la compétition chez les espèces cultivées est encore mal connue. L’objectif général de cette thèse est d’évaluer comment la domestication et la sélection moderne ont modulé les stratégies écologiques du blé dur et son aptitude à la compétition. En mobilisant une approche fonctionnelle, nous avons caractérisé la morphologie aérienne et souterraine d’un panel de génotypes issu d’une série de domestication chez le blé dur, allant de sa forme sauvage aux variétés modernes. Cela nous a permis de montrer que l’espace phénotypique de cette espèce est structuré par les mêmes compromis que ceux décrits au niveau interspécifique. Ces résultats suggèrent que les compromis fonctionnels sont maintenus à l’échelle intraspécifique malgré l’effet de la sélection artificielle. Nous avons ensuite évalué la réponse à la compétition des génotypes issue de la série de domestication du blé. Ce travail a mis en évidence que les formes domestiquées étaient plus performantes en compétition que leurs ancêtres sauvages, et cela malgré une plus faible plasticité des traits. Enfin, nous avons montré que les réponses de la biomasse à l’augmentation de la densité étaient similaires entre les différents stades de la série de domestication du blé dur. En parallèle, nous avons montré que les relations allométriques entre la biomasse végétative et la biomasse reproductive ne variaient pas entre les compartiments malgré des changements phénotypiques majeurs. Cette thèse permet d’améliorer notre compréhension des effets de la domestication et de la sélection moderne sur l’écologie d’une espèce de grande culture. L’étude des stratégies écologiques et des interactions plante-plante au sein des espèces cultivées ouvre des opportunités intéressantes pour l’amélioration variétale et des pistes pour l’amélioration de la performance des cultures.

Domestication has led to profound phenotypic changes in crop species, leading to the emergence of ''domestication syndromes''. Adaptation of cultivated species to crop conditions (monospecific populations, high densities, high input levels) has led to individuals over-investing in competition for resources, to the detriment of group productivity. Although intraspecific competition in crops has been a central topic for breeders and agronomists since the mid-twentieth century, evolution of competitive ability in cultivated species is still poorly understood. The general aim of this thesis is to assess how domestication and modern breeding have modulated the ecological strategies of durum wheat and its ability to compete. Using a functional approach, we characterized the above-ground and below-ground morphology of a panel of genotypes from a series of domestication in durum wheat, ranging from its wild form to modern varieties. This enabled us to show that the phenotypic space of this species is structured by the same compromises as those described at the interspecific level. These results suggest that functional trade-offs are maintained at the intraspecific level despite the effect of artificial selection. We then assessed the response to competition of genotypes from the wheat domestication series. This work showed that the domesticated forms performed better in competition than their wild ancestors, despite a lower plasticity of traits. Finally, we showed that biomass responses to density increase were similar between the different stages of the durum wheat domestication series. In parallel, we showed that the allometric relationships between vegetative biomass and reproductive biomass did not vary between compartments despite major phenotypic changes. This thesis improves our understanding of the effects of domestication and modern breeding on the ecology of a field crop species. The study of ecological strategies and plant-plant interactions within cultivated species opens up interesting opportunities for varietal improvement and avenues for improving crop performance.