Ecole Doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau

Spécialité : BIDAP - Biologie, Interactions, Diversité Adaptative des Plantes

Etablissement : Supagro

COMPOSITION DU JURY

• Nadia BERTIN, Directrice de recherche, INRA Avignon - Rapportrice
• Abraham ESCOBAR-GUTIERREZ, Chargé de recherche, INRA Lusignan - Rapporteur
• Bruno ANDRIEU, Directeur de recherche, INRA Versailles-Grignon - Examinateur
• Evelyne COSTES, Directrice de recherche, INRA Montpellier - Examinateur
• Marion ZAPATER, Ingénieur de recherche, INRA Mons - Examinateur
• Delphine LUQUET, Chercheur, CIRAD Montpellier - Directrice de thèse

RESUME

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 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 (entrenœud) la production de biomasse de tige chez le sorgho, sa variabilité génotypique et en réponse à l’environnement climatique, notamment hydrique. Pour cela une approche combinant expérimentation et modélisation écophysiologiques a été adoptée.

Trois saisons d’expérimentation ont été organisées au champ (plateforme DIAPHEN, Mauguio, France), afin de comparer 2 à 8 génotypes sous condition irriguée et déficitaire en eau durant la phase d’allongement des tiges. Les traits histochimiques étudiés ont démontré des dynamiques d'élaboration variables au cours de la vie de l'entrenoeud, mais stables au travers des entrenoeuds pour un génotype et un environnement donné. Les traits établis le plus tôt durant le développement de l’entrenœud se sont ainsi avérés les moins sensibles au déficit hydrique. La production de biomasse de tige a montré une nette réduction en réponse déficit hydrique et une modification de sa composition biochimique. Ceci a pu s'expliquer par une réduction du nombre d’entrenœuds allongés, de leur longueur et teneur en ligno-cellulose, notamment dans leur zone externe, accompagnée par une augmentation de leur teneur en sucres solubles. Les entrenœuds développés après ré-irrigation ont montré une récupération remarquable, expliquant qu'à la récolte finale, l’effet du déficit hydrique sur la production de la biomasse de tige était  nettement atténué. Cependant, aucune capacité de récupération des entrenœuds développés durant la période de stress n'a pu être mise en évidence, tant en termes de dimension que de composition biochimique. Les différents traits étudiés, autant que leur réponse à la disponibilité en eau, ont montré une forte variabilité au travers des 8 génotypes étudiés. Les traits de croissance et d'histochimie de l’entrenœud ont montré des réponses au statut hydrique partiellement corrélées, venant indiquer que les effets de l'environnement sur la production de biomasse de tige et sur sa qualité sont partiellement indépendants. La faible corrélation entre traits biochimiques et histologiques suggère par ailleurs que la variabilité de la qualité de tige entre génotypes et environnements s’explique aussi à l'échelle tissulaire. Ces résultats démontrent l'enjeu d'étudier de façon conjointe le contrôle génétique des traits expliquant, du tissu à la plante entière et en dynamique, la variabilité de la production de la biomasse de tige et sa qualité.

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, dans un premier temps 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. 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 la propension au tallage et à l'accumulation de biomasse au niveau de l’entrenœud individuel s’avère ici déterminante. La balance entre ces traits devrait être davantage considérée dans la démarche de phénotypage et d’idéotypage et au travers d'environnements climatiques contrastés.

Mots clés : sorgho, biomasse ligno-cellulosique, sucres solubles, croissance, modélisation, environnement hydrique, biochimie, histologie, plasticité, génotype