MIRRORS: Forschung im Dienste von Vorhersagemodellen

Das Projekt MIRRORS (Modelling Crop Responses to Repeated Stresses) untersucht die Funktionsweise von Raps und Sorghum, um ihr Verhalten besser vorhersagen zu können, die Auswirkungen der verschiedenen klimatischen Belastungen, denen sie ausgesetzt sind, zu antizipieren, ihr Management zu begründen und über Handlungsmöglichkeiten zu verfügen. Christine Granier, Forschungsleiterin für Ökophysiologie am INRAE, hat sich bereit erklärt, unsere Fragen zu beantworten.

Sorghum-ID – Welche Feststellung war der Ausgangspunkt für das MIRRORS-Projekt?

Christine Granier – In den letzten Jahren hatten Anbaumodelle Schwierigkeiten, den Ertrag vorherzusagen, wenn die Pflanzen während ihres Zyklus wiederholt stressigen Ereignissen ausgesetzt sind. Wir befinden uns heute in einer Zeit des Klimawandels, die nicht nur durch extreme Wetterereignisse, sondern auch durch eine Zunahme ihrer Häufigkeit gekennzeichnet ist. Niedrige Temperaturen zu Beginn des Zyklus, hohe Temperaturen und/oder Trockenheit am Ende des Zyklus: Ob einmalig oder wiederholt, diese Ereignisse bedeuten Stress für die Pflanzen und verändern den Ertrag und die Qualität der Ernte. Durch die Zusammenarbeit von vier Forschungseinheiten mit Forschern der INRAE, des CIRAD und des INRIA[1] befasste sich MIRRORS mit der Verbesserung der Vorhersagen der Pflanzenleistung unter wiederholten Klimastressszenarien.

Sorghum – ID: Wie lässt sich die beobachtete Diskrepanz zwischen Erntevorhersagen und tatsächlichen Ernten bei wiederholtem Stress erklären?
C. G. – Die Arbeitshypothese lautet: Die Wirkung einer Folge von Stressereignissen ist aus zwei Hauptgründen nicht gleichbedeutend mit der Summe der individuellen Wirkungen jedes einzelnen Ereignisses.

Diese beiden Fälle hängen von der Intensität des Stresses, seiner Dauer, dem Entwicklungsstadium der Pflanze zum Zeitpunkt des Stresses und der Zeit zwischen den beiden Stressereignissen ab. Darüber hinaus kommt es vor, dass die Arbeitshypothese nicht bestand hat: In diesem Fall entspricht eine Folge von Stressereignissen der Summe der individuellen Auswirkungen jedes Ereignisses.

Sorghum-ID – Was sind die Forschungsschwerpunkte des MIRRORS-Projekts?

C.G. – Wir haben zwei komplementäre Ansätze: einen Data-Driven-Ansatz (Data Mining) und einen Process-Driven-Ansatz (Beobachtung der Prozesse). Wir konzentrieren uns auf den durch hohe Temperaturen erzeugten Stress, der während des Fortpflanzungszyklus auftritt.

Die erste Ansatz besteht darin, bestehende Datensätze unvoreingenommen mithilfe von statistischen Data-Mining-Methoden zu analysieren. Die Forscher haben Zugang zu einer Datenbank des ständigen technischen Ausschusses für die Zucht CTPS, in der die Erträge von etwa 15 Sorghumsorten aus 20 Standorten in Frankreich über einen Zeitraum von 20 Jahren erfasst werden. So werden „typische“ Wärmeszenarien identifiziert und den erzielten Erträgen gegenübergestellt.

Der zweite Ansatz zielt darauf ab, gezielte Experimente in kontrollierten Umgebungen (Gewächshäuser und regulierte Anbaukammern) durchzuführen, um die Auswirkungen von isoliertem und wiederkehrendem Hitzestress in bestimmten Stadien der Entwicklung der Pflanze auf die Körnerproduktion zu testen. Wir untersuchen so die verschiedenen Komponenten des Ertrags, aber auch die Qualität der Körner. Auf diese Weise reproduzieren wir die durch Data Mining ermittelten Szenarien mit isoliertem und im Zyklus wiederkehrendem Hitzestress.

Sorghum-ID – Welche Lehren lassen sich zum jetzigen Zeitpunkt aus dem Projekt ziehen?

S: G. – Die ersten Experimente brachten starke Kontraste in den Pflanzenreaktionen zwischen einmaligem und wiederkehrendem Stress je nach Temperaturszenario und Sorte zu Tage :

Das Projekt sollte uns letztendlich helfen, die Reaktion von Pflanzen auf isolierten und wiederholten Stress besser zu verstehen und ökophysiologische Modelle zu implementieren, die eine mögliche vorteilhafte Akklimatisierung einer ersten Episode von Hochtemperaturstress auf die Reaktion eines zweiten Stresses desselben Typs und/oder eine verstärkte negative Wirkung, je nach Fall, berücksichtigen können.

Diese Arbeiten sind ein Ausgangspunkt für ein ehrgeizigeres multidisziplinäres Projekt, dessen Finanzierung vom französischen Institut für die Finanzierung von Forschungen ANR übernommen wurde und in dem die derzeit eingesetzten Kompetenzen in Ökophysiologie und Modellierung durch Kompetenzen in Molekularbiologie, Biochemie und Bildgebung verstärkt werden sollen.

Kontakt: christine.granier@inrae.fr

[1] Partner: Die gemischte Forschungseinheit EVA in Caen (Expertise in der Ökophysiologie von Raps), die gemischte Forschungseinheit AGAP Institut in Montpellier (Expertise in Genetik, Ökophysiologie und Modellierung von Sorghum), die gemischte Forschungseinheit ISPA in Bordeaux (Expertise in ökophysiologischer Modellierung), die gemischte Forschungseinheit LORIA in Nancy (Expertise in statistischer Modellierung, Data Mining).