MIRRORS : La ricerca al servizio dei modelli predittivi

Il progetto MIRRORS (Modelling Crop Responses to Repeated Stresses) studia il funzionamento dei sistemi biologici della colza e del sorgo, per riuscire a predire meglio il loro comportamento, anticipare gli impatti dei diversi stress climatici a cui devono far fronte, ragionare sulla relativa gestione e predisporre leve di azione. Christine Granier, direttrice di ricerca in ecofisiologia presso l’INRAE, ha accettato di rispondere alle nostre domande.

Sorghum-ID – Qual è la constatazione alla base del progetto MIRRORS ?

Christine Granier –  In questi ultimi anni, con i modelli di coltivazione esistenti, è stato difficile riuscire a prevedere le rese, dal momento che le colture subiscono eventi stressanti ripetuti durante il loro ciclo. Oggi ci troviamo in un contesto di cambiamento climatico, caratterizzato non soltanto da eventi climatici estremi, ma anche da un aumento della loro frequenza. Basse temperature a inizio ciclo, alte temperature e/o siccità a fine ciclo : non importa se puntuali o ripetuti, tali eventi sono stressanti per le piante e modificano la resa e la qualità dei raccolti. Associando 4 unità di ricerca, costituite da esperti dell’INRAE, del CIRAD e dell’INRIA¹, MIRRORS si è concentrato sul miglioramento delle previsioni delle performance vegetali, in funzione di scenari di stress climatico ripetuti.

Sorghum-ID : Come si può spiegare la discordanza osservata tra le rese previste e le rese effettive in caso di stress ripetuti ?
C.G. – L’ipotesi di lavoro è la seguente : l’effetto di una successione di eventi stressanti non equivale alla somma dei singoli effetti di ciascun evento, per due principali ragioni.

Questi due scenari dipendono dall’intensità degli stress, dalla rispettiva durata, dallo stadio di sviluppo della pianta nel momento in cui si verificano e dalla durata che separa i due eventi stressanti. Peraltro può succedere che l’ipotesi di lavoro sia abbandonata : in tal caso una successione di eventi stressanti equivale alla somma dei singoli effetti di ogni evento.

Sorghum-ID – Quali sono le linee di ricerca del progetto MIRRORS ?

C.G. – Abbiamo due approcci complementari : un approccio data-driven (esplorazione di dati) e un approccio process-driven (osservazione dei processi). Ci focalizziamo sugli stress generati dalle temperature elevate, che si verificano nel corso del ciclo riproduttivo.

Il primo consiste nell’analizzare i set di dati esistenti senza preclusioni, attraverso metodi statistici di estrapolazione dei dati. I ricercatori hanno accesso a una base dati del CTPS con le rese di una quindicina di varietà di sorgo, registrate in una ventina di siti in Francia nel corso di 20 anni; le rese vengono incrociate con i dati metereologici delle stazioni ubicate su tali siti o nelle vicinanze. Si identificano così degli scenari termici « tipo » e li si confrontano con le rese ottenute.

Il secondo approccio si propone di condurre esperimenti mirati in ambienti controllati (serre e camere di coltivazione regolate), per testare l’effetto degli stress termici isolati e ricorrenti, a stadi precisi dello sviluppo della coltura, sulla produzione di granella. In tal modo studiamo le componenti della resa, ma anche la qualità della granella. Riproduciamo così gli scenari identificati attraverso l’estrapolazione dei dati, con stress termici isolati e ricorrenti nel corso del ciclo.

Sorghum-ID – Quali lezioni si possono trarre a questo stadio del progetto ?

C.G. – I primi esperimenti hanno fatto emergere forti contrasti nelle risposte delle piante tra stress isolati e ricorrenti, a seconda dello scenario termico e in funzione delle varietà.

Il progetto dovrebbe aiutarci, in prospettiva, a capire meglio la risposta delle piante a stress isolati e ripetuti, nonché a implementare modelli ecofisiologici che permettano di prendere in considerazione una eventuale acclimatazione benefica da un primo episodio di stress dovuto a temperatura elevata, sulla risposta da un secondo stress dello stesso tipo e/o un effetto negativo amplificato, secondo i casi.

Questi lavori rappresentano un punto di partenza verso un progetto multidisciplinare più ambizioso, del cui finanziamento si è fatto carico l’ANR, nel quale le competenze in ecofisiologia e modellizzazione attualmente coinvolte dovrebbero essere consolidate con competenze in biologia molecolare, biochimica e imaging.

Contact : christine.granier@inrae.fr

[1] Unità partner : Unità Mista di Ricerca EVA a Caen (competenza in ecofisiologia della colza), Unità Mista di Ricerca AGAP Institut a Montpellier (competenza in genetica, ecofisiologia e modellizzazione del sorgo), Unità Mista di Ricerca ISPA a Bordeaux (competenza in modellizzazione statistica, estrapolazione dati).