Légumineuses à graines : la sélection variétale ouvre de nouvelles perspectives

L’évolution du climat impacte la sévérité et la date d’apparition des stress abiotiques. Ainsi, les risques de gel persistent, même si les épisodes sont moins sévères, avec une acclimatation au froid insuffisante des protéagineux et des épisodes froids à des stades plus avancés de développement. 

La méthode d’évaluation basée sur la mesure des fuites d’électrolytes permet d’évaluer la vitesse d’acclimatation au froid des différentes variétés. 
Sa mise en œuvre est coûteuse mais elle fournit un indicateur clé, utilisé comme point de référence pour les méthodes d’imagerie en cours de développement.

Il existe un grand jeu de données d’imagerie à analyser pour identifier des variables associées au potentiel d’acclimatation au froid, prédictives de la résistance au gel ultérieure. Reste à disposer des moyens pour assurer cette analyse.

Sur le déficit hydrique du sol, plusieurs projets ont montré qu’il existe une forte variabilité inter et intraspécifique de la réponse des légumineuses au déficit hydrique. Chez le pois, le génotype le plus résilient au stress hydrique alloue moins de carbone aux nodosités et s’enracine plus rapidement en profondeur. Un compromis est donc à trouver entre l’impact d’un déficit hydrique sur la biomasse de la plante et sur celle des nodosités. Les chercheurs souhaitent approfondir ces résultats dans une étude portant sur un plus large panel d’espèces. Isabelle Lejeune (Inrae) souligne par ailleurs l’existence possible de régions génétiques communes impliquées à la fois dans la réponse au froid et à la sécheresse, un levier potentiel pour la sélection variétale.

Affiner les tests pour accélérer la recherche

« Sur le gel, on avait l’habitude de travailler en conditions naturelles. Cela permettait, avec un grand nombre de génotypes, de faire de la sélection et de la cartographie de régions génomiques d’intérêt (QTL), par observation des dégâts de gel sur les parties aériennes. Mais avec l’évolution climatique, cette évaluation des dégâts du gel au champ est devenue plus aléatoire d’une année à l’autre et d’une localisation à l’autre. Des séquences de gel parfois tardives imposent d’autres types d’évaluations. Heureusement, l’évaluation en altitude, sous la serre mobile de Chaux-des-Prés (dans le Jura) donne une bonne idée de la résistance potentielle des variétés, mais la place y est limitée. On s’est donc tournés vers des tests en conditions contrôlées. Toutefois, cette évaluation nécessite des infrastructures relativement coûteuses avec des chambres d’acclimatation au froid et au gel, et des coûts de fonctionnement en énergie et en ressources humaines », explique Isabelle Lejeune.

Initialement effectué sur des plantes entières, les chercheurs ont fait évoluer le test en travaillant sur des échantillons de plantes acclimatées en conditions contrôlées et en mesurant la fuite des électrolytes des cellules en réponse au gel. Expérimentée sur le pois, cette méthode est adaptée à d’autres espèces de légumineuses à graines comme la lentille, le lupin et la féverole, dont les plantules présentent des tailles variées.

Des pistes génétiques pour gouverner la vitesse d’acclimatation au froid

Des résultats préalables ont identifié les principales zones du génome du pois gouvernant la tolérance au gel, dont quatre zones très explicatives. La région WFD6.1 (winter freezing damage) contient notamment 10 facteurs de transcription de type CBF, impliqués dans la réponse au froid et au gel chez de nombreuses espèces, depuis les espèces modèles jusqu’aux légumineuses en passant par les céréales. Le doctorant Baptiste Imbert a notamment montré qu’il existe 14 CBF dans la région synténique de la féverole : l’étape suivante consiste à caractériser leur rôle fonctionnel.

Pour la plupart des génotypes, une fois passée l’initiation florale (voire un peu avant), la tolérance au gel diminue, même sur les variétés les plus tolérantes. D’autre part, l’acclimatation au froid est fondamentale. Ainsi, aucune variété n’est tolérante au gel lorsqu’il a fait chaud avant. Puis, au fur et à mesure que la durée d’acclimatation s’allonge, la tolérance au gel évolue de façon différente d’un génotype à l’autre. « Ce que l’on peut espérer en génétique, c’est d’augmenter la tolérance en cumulant les QTL », espère Isabelle Lejeune. La chercheuse souhaite également, comme pour les céréales, identifier parmi l’ensemble de cofacteurs CBF, ceux qui favorisent une acclimatation à une température plus élevée. 

Il semble également possible de jouer sur l’initiation florale, car plus elle sera tardive, plus on conservera un certain potentiel de tolérance au gel.
Le test par fuite d’électrolytes servira aussi aux projets Peamage (2023-2025) et Pea4Ever qui démarre. L’idée sera de lier ces paramètres à l’imagerie pour trouver des marqueurs de l’acclimatation au froid par la fluorescence chlorophyllienne et l’imagerie hyperspectrale. 

Adaptation au déficit hydrique du sol

Plusieurs projets creusent la question de l’adaptation au déficit hydrique du sol, comme Plant2Pro-Arecover pour le pois de printemps et Plant2Pro-Ecodiv pour l’écophysiologie comparée de plusieurs légumineuses à graines (encadré).

Cinq variétés et six conditions différentes ont ainsi été testées en conditions contrôlées de stress précoce avant floraison, sur la plateforme 4PMI en RhizoTubes, ce qui permet d’observer les racines sans les détruire. Les variétés de pois montrent une vraie différence de résistance :  Mowgli et Mythic se sont avérés les moins résilients, Kayanne est de type intermédiaire, Safran est capable de mémoriser les stress précédents et Astronaute est le plus résilient. Cela s’accompagne chez ce dernier d’une plus faible allocation de carbone aux nodosités (un compromis sera donc à trouver) et d’une meilleure capacité d’enracinement en profondeur. 

Les variétés ont montré une concordance de comportement entre ce classement sur la plateforme 4PMI et l’expérimentation au champ, ouvrant ainsi la porte à une simplification des études de variabilité génétique. 

Une expérimentation au champ à l’Inrae de Bretenière, conduite par Terres Inovia, a confirmé la variabilité génétique de la réponse à différents scénarios de déficits hydriques, avant et après floraison, avec trois modalités (stress hydrique continu, contrôle irrigué, parcelles avec irrigation précoce). Les variétés se classent de la même manière qu’en conditions contrôlées. L’effet bénéfique d’une irrigation précoce, avant floraison, dans cette situation apparaît tant sur le rendement (+10 q/ha) que sur la teneur en protéines (+2 à 3 %).