Publications des agents du Cirad

Cirad

Analyse et modélisation de la variabilité phénotypique du sorgho biomasse (Sorghum bicolor) pour l'exploration d'idéotypes dans un contexte de diversification des usages

Perrier L.. 2017. Montpellier : Montpellier SupAgro, 186 p.. Thèse de doctorat -- Sciences agronomiques et écologiques.

Face à l'enjeu de la transition énergétique, l'utilisation de la biomasse végétale ligno-cellulosique pour produire des énergies et matériaux 'bio-sourcés', est l'une des alternatives au pétrole ciblées. Le sorgho (Sorghum bicolor) est à ce titre de plus en plus étudié. Sa diversité génétique est une richesse considérable pour concevoir des variétés à forte production de biomasse de tige, de composition biochimique adaptée à divers usages et adaptées à des agroenvironnements limités en eau. Cette thèse s'inscrit dans deux projets d'amélioration variétale du sorgho biomasse, Biomass For the Future (ANR) et BioSorg (Agropolis-Cariplo). Son objectif est de comprendre les traits phénotypiques, de nature morphologique, biochimique, histologique, et leurs interactions, expliquant à l'échelle de l'organe (entrenoeud) la production de biomasse de tige du sorgho, sa variabilité génotypique et en réponse à l'environnement climatique notamment hydrique. Pour cela une approche combinant expérimentations et modélisation écophysiologique a été adoptée. Trois saisons d'expérimentation ont été organisées au champ (plateforme DIAPHEN, Mauguio, France), afin de comparer des génotypes sous condition irriguée et déficitaire en eau durant la phase d'allongement des tiges. Deux hybrides de sorgho biomasse ont été étudiés (2013-2014) pour mettre en évidence les traits contribuant à la régulation par la disponibilité en eau de l'accumulation de la biomasse de tige. Une dynamique de développement commune à tous les entrenoeuds d'un génotype a été mise en évidence pour les traits histochimiques étudiés ; les entrenoeuds d'âge différent sur la tige d'une même plante peuvent donc être utilisés pour le phénotypage de cette dynamique. Ainsi, les traits fixés progressivement durant le développement de l'entrenoeud s'avèrent les plus sensibles au déficit hydrique. La quantité de biomasse de tige produite a été réduite par le déficit hydrique et sa composition biochimique modifiée. Ceci s'explique par une réduction du nombre d'entrenoeuds allongés, de leur longueur et teneur en ligno-cellulose, mais une augmentation de leur teneur en sucre soluble. Les entrenoeuds développés après ré-irrigation ont montré une récupération remarquable à l'inverse des entrenoeuds développés durant la période de stress. Ainsi, à la récolte, l'effet du déficit hydrique sur la production de la biomasse de tige était très atténué. Ces mêmes traits ont été étudiés sur 8 génotypes de morphologie et biochimie de tige contrastées (2014-2015). Les résultats ont montré une forte variabilité génotypique de sensibilité au déficit hydrique et de capacité de récupération. Les traits de croissance et histochimie de l'entrenoeud ont montré des réponses au statut hydrique partiellement corrélées. La faible corrélation entre traits biochimiques et histologiques suggère que la variabilité de la qualité de tige entre génotypes et environnements s'explique au niveau tissulaire. La stabilité de la production de biomasse de tige est donc contrôlée par ces traits de façon complexe et fonction du pattern de disponibilité en eau. Ces résultats ont été utilisés pour adapter et tester la capacité du modèle écophysiologique Ecomeristem à capturer les traits expliquant la variabilité des phénotypes de sorgho biomasse sous conditions hydriques non limitantes. La validation du modèle s'est avérée satisfaisante avec quelques limites dans sa capacité à capturer les cinétiques de vie des talles et, de fait, la répartition de la biomasse entre talles. L'analyse de sensibilité du modèle a montré que les génotypes simulés produisant le plus de biomasse de tige résultent de combinaisons de traits différentes en fonction de la densité de peuplement. Le trade-off entre propension au tallage et à accumuler plus de biomasse au niveau de l'entrenoeud individuel s'avère déterminante. La balance entre ces traits devrait être davantage considérée dans la démarche de phénotypage et d'idéotypage et sous des environnements con

Mots-clés : biocarburant; rendement des cultures; biomasse; phénotype; variation génétique; sorghum bicolor

Thématique : Génétique et amélioration des plantes; Sources d'énergie renouvelable

Documents associés

Thèse