Transcript Diaporama Boivin

Les légumineuses, élément clé de l’agriculture
biologique et soutenable, face à l’adaptation aux
changements environnementaux
Stéphane BOIVIN
Directeur de thèse : Florian FRUGIER
Institut des Sciences du Végétal (ISV)
Soja (Glycine max)
Pois (Pisum sativum)
Luzerne (Medicago sativa)
Journée des doctorants 2014 du DIM ASTREA
Haricot (Phaseolus vulgaris)
La famille des légumineuses ou Fabacées
•
Sous classe des Rosidées
•
3 sous familles existantes :
Caesalpinoideae
Absence de nodules fixateurs
d’azote au niveau des racines
Mimosoideae
Papilionoideae
Présence de nodules fixateurs
d’azote au niveau des racines
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Développement des nodosités symbiotiques fixatrices d’azote atmosphérique
1. Déformation des poils absorbants
en « crosse de berger »
Carence azotée
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Développement des nodosités symbiotiques fixatrices d’azote atmosphérique
2. Formation d’un cordon d’infection contenant les Rhizobia
Simultanément, activation de divisions du cortex de la racine
3. Formation d’un primordium de nodosité
Carence azotée
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Développement des nodosités symbiotiques fixatrices d’azote atmosphérique
N2
NH4+
4. Différenciation en nodosité mature fixatrice d’azote
Carence azotée
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Les systèmes de fixation de l’azote
Rhizobium, bactérie formant
des nodules sur les racines
des légumineuses
Trichodesmium, cyanobactérie
formant des trichomes
Gaz naturel
Engrais
azotés
Nutrition humaine,
animale et carburants
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Les conséquences de l’excès d’utilisation des engrais azotés
 Pollution des nappes phréatiques
 Pollution des rivières/mers
Teneur en nitrate de l’eau du
robinet en Ile de France (2007)
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Une alternative : l’Agriculture Biologique (AB)
En France
Le cas de l’Ile-de-France
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•
188 exploitations bio
23ème rang français
•
783 transformateurs
3ème rang français
•
475 distributeurs
1er rang français
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Les systèmes d’agriculture biologiques
Rotation des cultures
Association d’espèces
Les légumineuses, élément clé de l’AB :
• Engrais naturel
• Limiter le développement des pathogènes
Exemple : Blé/Pois
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Le pois en culture conventionnelle et en AB
Surfaces (en ha) en production biologique des protéagineux, du soja et des
associations céréales-pois en France (Source : UNIP d’après Agence Bio)
Difficultés du Pois en AB :
•
•
•
Difficultés à maîtriser le développement des adventices, problème récurrent dans la plupart
des cultures biologiques
Sensible à certains pathogènes, notamment au champignon Aphanomyces euteiches
Sensible à certains stress abiotiques comme la déshydratation et le stress osmotique
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L’infection par Aphanomyces euteiches
(ou pourriture des racines)
 Touche la plupart des légumineuses (pois, luzerne, haricot, soja, lentille…)
•
Apparition de tâches grisées au niveau des racines
•
Jaunissement de la tige et nécrose des racines à un stade plus
avancé = perte des fonctions de transport de sèves et
d’assimilation de nutriments
 Perte de compétitivité avec les adventices
Rendement q/ha
Test réalisé en parcelle
agricole (Seine et Marne)
Parcelle saine
Parcelle infectée
Sources :
Benoît Carrouée et
Anne Moussart,
Bulletin semences, 2011
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Pois sain
Pois infecté
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Thématique du laboratoire : le rôle des cytokinines sur
l’architecture racinaire des légumineuses
Interactions biotiques
Interaction abiotique
Rhizobium
Stress salin
Cytokinines
Aphanomyces
Medicago truncatula
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Objectif de la thèse
 Sélectionner un génotype de pois résistant à
Aphanomyces euteiches et à la sécheresse sans
affecter les interactions symbiotiques
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Les récepteurs aux cytokinines chez Medicago et le pois
AHK3
CHK2
Signal
(hormones cytokinines)
CHK3
Perception du
signal
(récepteurs CHK)
AHK2
CHK4
Transduction
du signal
AHKs :
Arabidopsis thaliana
Réponses
physiologiques
AHK4/CRE1
CRE1/CHK1
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CHKs :
Medicago et pois
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Rôle du récepteur CHK1/CRE1 dans la nodulation symbiotique
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Nombre de nodules
25
WT
chk1/cre1
20
15
10
*
5
0
WT
chk1/cre1
Activité nitrogénase/heure/nodule
10000
9000
8000
7000
 Le variant chk1/cre1 fait moins de
nodules mais leur capacité à fixer
l’azote atmosphérique est inchangée
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
WT
chk1/cre1
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Rôle du récepteur CHK1/CRE1 dans la résistance à Aphanomyces
*
WT
chk1/cre1
***
WT
Nombre de racines latérales
chk1/cre1-1
Plantes mortes (%)
Tissus symptomatiques (%)
WT
chk1/cre1
*
WT
chk1/cre1
 Le variant cre1/chk1 de Medicago est résistant à Aphanomyces
 Cette résistance est corrélée à une augmentation du nombre de racines latérales
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% Croissance racinaire
Rôle des récepteurs CHK3 et CHK4 dans la tolérance au stress salin
*
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
5
Root 6h (180mM NaCl)
Root 24h (180mM NaCl)
4
WT
chk3
Root 48h (180mM NaCl)
% Croissance racinaire
3
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2
*
1
0
CHK1/CRE1 CHK2
WT
chk4
CHK3
CHK4
 CHK3 and CHK4 semblent être associés de
façon antagoniste à la tolérance au stress salin
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Sélection de variants des récepteurs aux cytokinines chez le pois
Pisum sativum
 Les modifications d’acides aminés identifiées induisent :
- Un récepteur CHK tronqué non fonctionnel (*),
- Un récepteur CHK potentiellement non fonctionnel
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Conclusions/Perspectives: vers l’identification d’un pois
résistant aux stress
Moins de
nodosités
symbiotiques,
mais capacité
fixatrice d’azote
maintenue
Résistance
accrue à
Aphanomyces
chk1/cre1
Pas identifié
chez
Medicago
Tolérance
accrue au
stress salin
Tolérance
réduite au
stress salin
chk2
chk3
chk4
En cours de propagation chez le pois
 Perspectives :
- Transfert de ces résultats vers le pois
- Combiner ces variants par croisement pour obtenir un pois tolérant à différents
stress sans affecter les interactions symbiotiques (fixation d’azote et mycorhize)
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Remerciements
Carole LAFFONT
Mathias BRAULT
Emeline HUAULT
Florian FRUGIER
Thomas REY,
Christophe JACQUET
Kiran MYSORE,
Jiangqi WEN
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Judith BURSTIN,
Christine LESIGNOR,
Gérard DUC
Frédéric DEBELLE,
Jérome GOUZY,
Pascal GAMAS
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