MIRRORS : La recherche au service des modèles de prédiction

Le projet MIRRORS (Modelling Crop Responses to Repeated Stresses) étudie le fonctionnement des systèmes biologiques du colza et du sorgho pour mieux prédire leur comportement, anticiper les impacts des différentes contraintes auxquelles ils font face, en raisonner la gestion et disposer de leviers d’action. Christine Granier, directrice de recherche en écophysiologie à l’INRAE, a accepté de répondre à nos questions.

Sorghum-ID : Quel est le constat à l’origine du projet MIRRORS ?

Christine Granier –  Ces dernières années, les modèles de prévision culture ont eu du mal à prédire le rendement lorsque les cultures subissent des événements stressants répétés pendant leur cycle. Nous sommes aujourd’hui dans un contexte de changement climatique caractérisé non seulement par des événements climatiques extrêmes, mais également par une augmentation de leur fréquence. Basses températures en début de cycle, hautes températures et/ou sécheresses en fin de cycle : qu’ils soient ponctuels ou répétés, ces événements sont stressants pour les plantes, et modifient le rendement et la qualité des récoltes. En rassemblant 4 unités de recherches composées de scientifiques de l’INRAE, du CIRAD et de l’INRIA[1], MIRRORS s’est penché sur l’amélioration des prédictions des performances végétales sous des scenarios de stress climatique répétés.

Sorghum-ID : Comment expliquer la discordance observée entre les prédictions des rendements et les rendements réels lors de stress répétés ?

C.G. – L’hypothèse de travail est la suivante : l’effet d’une succession d’événements stressants n’équivaut pas à la somme des effets individuels de chaque événement, pour deux raisons principales.

Ces deux cas de figure dépendent de l’intensité des stress, de leur durée, du stade de développement de la plante au moment où ils interviennent et de la durée séparant les deux événements stressants. Il arrive par ailleurs que l’hypothèse de travail ne soit pas retenue : dans ce cas, une succession d’événements stressants équivaut à la somme des effets individuels de chaque événement.

Sorghum-ID : Quels sont les axes de recherche du projet MIRRORS ?
C.G. – Nous avons deux approches complémentaires : une approche data-driven (exploration de données) et une approche process-driven (observation des processus).  Nous nous focalisons sur les stress générés par les hautes températures qui surviennent au cours du cycle reproducteur.

La première consiste à analyser les jeux de données existants sans a priori, grâce à des méthodes statistiques de fouilles de données. Les chercheurs ont accès à une base de données du CTPS, présentant les rendements d’une quinzaine de variétés de sorgho collectés sur une vingtaine de sites en France pendant 20 ans, qu’ils recoupent avec les données météorologiques des stations situées sur ces sites où à proximité. Des scénarios thermiques « type » sont ainsi identifiés et mis en regard des rendements obtenus.

La seconde approche vise à mener des expérimentations ciblées en milieux contrôlés (serres et chambres de culture régulées), afin de tester l’effet des stress thermiques isolés et récurrents à des stades précis du développement de la culture sur la production en grains. Nous étudions ainsi les composantes du rendement mais aussi la qualité des grains. Ainsi, nous reproduisons les scenarios identifiés par la fouille de données, avec des stress thermiques isolés et récurrents au cours du cycle.

Sorghum-ID : Quels enseignements peut-on tirer du projet à ce stade ?

C.G. – Les premières expériences ont mis en lumière de forts contrastes de réponses des plantes entre stress isolés et récurrents suivant le scenario thermique et en fonction des variétés :

Le projet devrait à terme nous aider à mieux comprendre la réponse des plantes à des stress isolés et répétés, et à implémenter des modèles écophysiologiques permettant de prendre en compte une éventuelle acclimatation bénéfique d’un premier épisode de stress de haute température sur la réponse d’un second stress de même type et/ou un effet négatif amplifié, suivant les cas.

Ces travaux sont un point de départ pour un projet multidisciplinaire plus ambitieux qui dont le financement a été pris en charge par l’ANR, dans lequel les compétences en écophysiologie et modélisation actuellement mises à contribution seraient renforcées par des compétences en biologie moléculaire, biochimie et imagerie.

Contact : christine.granier@inrae.fr

[1] Unités partenaires : Unité Mixte de Recherche EVA à Caen (expertise en écophysiologie du colza), Unité Mixte de Recherche AGAPInstitut à Montpellier (expertise en génétique, écophysiologie et modélisation du sorgho), Unité Mixte de Recherche ISPA (expertise en modélisation écophysiologique), Unité Mixte de Recherche LORIA (expertise en modélisation statistique, fouille de données).