Axe 1 - Plant plasticity and ideotype

Responsable Denis Fabre

Face à la fréquence accrue d’évènements climatiques contraignants, voire extrêmes, il est indispensable de comprendre les mécanismes d’adaptation (et de pré-adaptation) des plantes à des évènements stressants (température, déficit hydrique, CO₂, processus radiatif) isolés ou récurrents. Pour étudier et quantifier ces effets, nos recherches s’appuient sur un savoir-faire intégrant différentes échelles biologiques allant de l’architecture de la plante, la physiologie des organes (photosynthèse, biochimie et métabolisme C) jusqu’à l’anatomie et l’histochimie (tige, feuille, racine).

Une des hypothèses clés adressées dans les travaux menés dans cet axe est que la diversité de la plasticité adaptative des plantes est en grande partie expliquée par la variation des relations source-puits en C entre génotypes et environnements. Cette thématique est appliquée à l’analyse et la compréhension de la variabilité de la productivité (en biomasse ou en grains) et de la vigueur végétative dans des environnements contraints. Elle s’est également ouverte à la problématique de la capacité des céréales à séquestrer le C par les racines et à contribuer au maintien de la fertilité des sols dans des agro-climats actuels et futurs.

In fine, les objectifs visés par ces recherches sont d’identifier des caractères phénotypiques (traits) d’intérêt pour l’amélioration variétale vers des idéotypes, et de proposer des méthodes de phénotypage permettant la caractérisation de ces traits sur un grand nombre de génotypes en vue de l’analyse de leur déterminisme génétique.

Ceci a lieu en lien étroit, avec les plateaux techniques d’Agap Institut qui permettent d’accéder à la mesure de traits à différentes échelles biologiques (du moléculaire à la plante entière et au peuplement) et avec les généticiens et sélectionneurs de l’unité proposant et connaissant les populations génétiques à étudier. Cela concerne aussi des méthodologies de terrain applicables par/avec nos partenaires, dans des gammes de conditions agro-climatiques pertinentes pour les Dispositifs en Partenariats ou projets. Les domaines de l’imagerie (visible, thermique et multi-spectrale, aéroportée (drone), histologique, architecture racinaire / aérienne, 3D…) et la spectrométrie (NIR, MIR, RAMAN, fluorescence…) font partie de la palette des outils mis en œuvre.

Axe 2 - Plant interaction and cropping systems

Responsable Myriam Adam

Dans cet axe nous travaillons sur la valorisation de la diversité génétique et des interactions biologiques au sein des agrosystèmes, en analysant différentes options des systèmes de cultures, incluant la possibilité d'assemblages multi-spécifiques, évaluant différents services écosystémiques autres que la seule production individuelle de chaque espèce. Cette exploration des interactions G*G*E permet de nourrir la réflexion sur l’adaptation des modèles via une meilleure définition des facteurs limitants à considérer, et de la diversité variétale à prendre en compte, via notamment une meilleure compréhension des mécanismes d’interactions entre génotypes (diversité fonctionnelle, allélopathie, impacts sur le microbiote…). Cela implique une optimisation des interactions entre espèces et de l’utilisation des ressources. Cette problématique représente un enjeu fort pour la sélection variétale dans un contexte de transition agro-écologique. PhenoMEn se concentre ici sur l’identification de traits et mécanismes d’intérêt pour l’optimisation de l’utilisation des ressources (lumière, eau, nutriment). Cette exploration des interactions G*G*E, est faite plus particulièrement, en collaboration avec les collègues de l’unité AGAPInstitut : les sélectionneurs de l’unité (équipes GIV et DDSE) et les éco-physiologistes de l’équipe (PhenoMEn), en lien avec les partenaires des Pays du Sud.  Au sein de cet axe nous testons des mélanges de variétés, des cultures associées bi-spécifiques ou multi-spécifiques, à la fois dans des milieux contrôlés (serre à Montpellier), mais surtout chez les producteurs en lien avec nos partenaires.

Axe 3 - Plant and crop modeling 

Responsable Frédéric Boudon

Cet axe contribue au développement de standards de représentation de données biologiques hétérogènes et de méthodes d’analyses et de simulation de ces données. Il implique le développement d’outils et méthodes d’analyse des données phénotypiques et d’idéotypage des plantes et peuplements végétaux. En s’appuyant sur la définition de modèles mécanistes de type FSPM (Functional Structural Plant Models) ou culturaux (crop model) et leur couplage avec des modèles génétiques, il permet l’exploration d’idéotypes variétaux ou d’optima culturaux dans un contexte GxExM. Il a pour but l’application et l’amélioration de ces modèles pour une grande variété de scénarii biologiques et s’appuie sur une approche de modélisation générique (couplage, modularité, standardisation et partage, estimation des paramètres, exploration de modèles, incluant la mise en œuvre de méthodes d’apprentissage profond, de métaheuristique…). Ces activités s’inscrivent dans le cadre du développement de systèmes de simulation, d’information ou d’intégration des données en particulier au travers des plateformes OpenAlea, AEGIS, DAPHNE. Il est transversal aux questions de recherche écophysiologiques de l’équipe et ses partenaires et fournit aussi des outils et méthodes génériques disponibles pour les partenaires au nord comme au sud.