Passage au haut débit pour une génétique adaptée au changement climatique

PhénoField est un outil de recherche en plein champ qui permet de comprendre l’élaboration du rendement du maïs, du blé et d’autres espèces de grandes cultures en situation de déficit hydrique. Il permet de simuler jusqu'à 32 climats différents et d'étudier à grande échelle en un minimum d'espace et de temps les réponses comportementales de près de 400 variétés.

Sur les quinze dernières années, le progrès génétique en blé tendre mesuré dans les expérimentations d’Arvalis est de 10 à 14 q/ha. Pourtant, le rendement effectif stagne au niveau national, et les 2/3 de cet écart sont imputables au climat. En maïs, bien que les effets sur la production ne soient pas visibles, la contrainte hydrique en période estivale est de plus en plus forte. Parmi les solutions, la recherche de gènes qui contrôleraient la tolérance au stress hydrique des plantes et l’accélération de la création variétale sur ces critères sont stratégiques.

Plusieurs instituts accompagnés des pouvoirs publics français investissent dans cette voie stratégique. Phénome, réseau français de phénotypage haut débit, aidé par le fonds Projets investissements d’avenir, comprend neuf infrastructures dont PhénoField. Le projet Phénome a pour ambition d’équiper la communauté scientifique d’infrastructures capables de mesurer les caractères de plantes soumises à divers scénarios de climat et d’itinéraires techniques associés au changement climatique global.

Le génotypage haut débit est maîtrisé dans les laboratoires de sélection végétale alors que le phénotypage haut débit constitue un verrou technologique à lever pour permettre la sélection de variétés moins consommatrices en intrants.

Située à Ouzouer-le-Marché (41), PhénoField, gérée par Arvalis-Institut du végétal, va permettre, dès cette année, d’acquérir des millions de données afin d’identifier les gènes qui contribuent à la tolérance à la sécheresse du maïs et du blé. PhénoField se compose de 8 toits roulants autonomes, sur 5.000 m², permettant de protéger les expérimentations de la pluie mais aussi de les irriguer. Le dispositif a donc la possibilité de maîtriser les périodes et les intensités de déficit hydrique, voire d’apporter de plus grandes quantités d’eau par irrigation (eaux de pluie recyclées). Jusqu’à 768 micro-parcelles peuvent être observées très finement grâce à une batterie de capteurs qui réalisent des mesures physiques en continu de la croissance et du développement des plantes. C’est le phénotypage haut débit. La plateforme permet d’étudier jusqu’à 400 variétés par an, et, pour un nombre plus limité, de recréer jusqu’à 32 climats différents. En 2015, les premiers essais portent sur le maïs, avec des variétés du programme Amaizing. En 2016, ils laisseront la place aux blés du programme Breedwheat.

L’intérêt majeur de la plateforme : effectuer des mesures physiques des plantes sans aucun prélèvement d’organes ni destruction de plantes grâce à des mesures en 3D de l’architecture du couvert végétal, de la surface verte, de la réflectance, de la hauteur des plantes… Au laboratoire, les outils moléculaires identifient les gènes des plantes qui ont été observées. L’observation d’un grand nombre d’individus permet d’associer les caractères à des gènes. Une fois les gènes d’intérêt déterminés, le génotypage haut débit permet de repérer leur présence ou non parmi des millions d’individus et ainsi de trier. Les deux technologies combinées accélèrent la sélection variétale.

L’acquisition de millions de données sur le développement des plantes enrichira par ailleurs les bases de données et les modèles écophysiologiques de nombreux outils d’aide à la décision utilisés par les agriculteurs et leurs conseillers.