Ecophysiological tradeoffs and biophysical constraints within cereal crops: impacts of agronomic selection and environmental conditions
Compromis écophysiologiques et contraintes biophysiques chez les céréales : impacts de la sélection agronomique et des conditions environnementales
Résumé
In the face of challenges for agriculture, plant breeding improvement must be based on new strategies to maintain production while limiting use of inputs. Selection for specific yield-related agronomic characteristics is made difficult by possible covariations with undesired traits. Across wild species, a comparative functional trait-based approach, related to biological functions and plant performance as growth, survival and reproduction, highlighted ecophysiological tradeoffs and biophysical constraints related to resources use. Within crops, better knowledge about those limits and their variability in response to environmental conditions would help to adapt the targeted selection. This thesis focuses on the genetic diversity of two well-known phenotypic combinations; the leaf economics spectrum and allometric relationships. Genotypes from four cereal crops, more or less domesticated and selected, were analyzed to compare intraspecific and interspecific variabilities. Original data were obtained through phenotyping, conducted into high-throughput platforms and open field experimentation. This work enabled i) the selection of a strategy for acquiring resources during wheat domestication, ii) the quantification of light availability impacts on allometric response of 337 maize hybrids to soil moisture deficit and iii) illustration of the existence and genetic diversity of the leaf economic spectrum within 30, 23, 19 and 25 inbred lines of maize, pearl millet, sorghum and wheat, respectively. Through multi-species and multi-genotypes analyses, our comparative approach enabled us to evaluate and discriminate the possible phenotypic variability of cereal crops in response to domestication or environmental stress. Study of both tradeoffs and constraints highlighted inexistence of phenotypic combinations. Take into account this result would help both plant breeding and cultural practices such as crop mixtures.
Face aux nouveaux défis environnementaux, économiques et sociétaux de l’agriculture, l’amélioration variétale doit s’appuyer sur de nouvelles stratégies de sélection pour maintenir sa production tout en limitant l’utilisation d’intrants. L’amélioration ciblée de caractéristiques agronomiques liées au rendement est rendue difficile en raison de covariations avec d’autres traits non désirés. Chez les espèces sauvages, une approche d’écophysiologie comparative, fondée sur l’analyse de traits fonctionnels, i.e. des caractères liés aux fonctions biologiques et à la performance de la plante (croissance, survie et reproduction), a permis de mettre en évidence des contraintes et compromis écophysiologiques et biophysiques liés à l’utilisation des ressources. Identifier et quantifier ces contraintes chez les espèces cultivées, et leur variabilité face aux facteurs environnementaux, est essentiel pour adapter la sélection ciblée de caractères d’intérêt agronomique. Ce travail de thèse s’intéresse à la variabilité génétique de deux relations phénotypiques particulièrement étudiées en écologie fonctionnelle : le spectre d’économie foliaire et les relations allométriques. Des génotypes de cinq espèces céréalières plus ou moins domestiqués et/ou plus ou moins sélectionnés ont été étudiés dans cette perspective. L’analyse comparative de cette variabilité intra- et interspécifique s’est appuyée sur des données originales obtenues lors d’expérimentations en plateformes de phénotypage haut-débit et en plein champ. Ce travail a permis i) de mettre en évidence la sélection d’une stratégie qui favorise les fonctions d’acquisition des ressources au cours de la domestication du blé dur, ii) de quantifier l’impact de la disponibilité lumineuse sur la réponse allométrique de 337 hybrides de maïs au déficit hydrique édaphique, et iii) d’illustrer l’existence et la diversité génétique du spectre d’économie foliaire au sein de 30 lignées de maïs, 23 lignées de mil, 19 lignées de sorgho et 25 lignées de blé tendre en conditions optimales et de déficit hydrique édaphique. Au moyen d’analyses multi-espèces et multi-génotypes, notre approche comparative a permis d’évaluer et de discriminer la variabilité phénotypique de céréales, en réponse à la domestication et au stress hydrique. L’étude des contraintes et compromis a mis en évidence l’inexistence de certaines combinaisons phénotypiques, un résultat à prendre en compte lors de la sélection variétale mais aussi pour les pratiques culturales.
Mots clés
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)