Légumineuses et cycle de l azote : les possibles J. Burstin, V. Bourion, J. Cullimore, G. Duc, C. Hénault, X. Le Roux, AS Voisin
Les services éco-systémiques des légumineuses CO 2 Sol La fixation symbiotique de l azote atmosphérique : un service éco-systémique majeur mais couteux pour la plante Rhizobiums N 2 N ORGANIQUE NH Communautés microbiennes + 4 C - NO 2 3 N O N, N P, Sol H 2 O P ORGANIQUE Mycorhizes Divers services écosystémiques associés (réduction d intrants, énergie, GES)
Les utilisations diversifiées des matières riches en protéines pour l alimentation animale et humaine Produit quasi-brut Produit transformé
Quelles pistes pour augmenter la contribution des légumineuses au cycle de l azote? Plus de légumineuses dans les systèmes de culture : Assurer pour l agriculteur une marge brute acceptable et une bonne insertion Améliorer le rendement et sa stabilité en sélectionnant des variétés optimisant les interactions symbiotiques bénéfiques Trouver des marchés à haute valeur ajoutée en adaptant les caractéristiques de composition de graines (balance AA, gout, temps de cuisson ) Proposer de nouveaux systèmes de culture valorisant mieux les protéagineux Cultures en association, dérobées, sous couvert Co-construction génétique agronomie pour adapter les types variétaux aux nouveaux systèmes de cultures Mieux valoriser les interactions biotiques bénéfiques pour la plante et l environnement Piloter la flore microbienne du sol pour réduire la production de gaz à effet de serre, favoriser les communautés bénéfiques aux autres cultures,
Améliorer le rendement et sa stabilité : Mieux exploiter la diversité génétique disponible chez les légumineuses cultivées et leurs apparentées Des collections pour l identification de génotypes inédits : TILLING EcoTILLING Projet PeaMUST : une nouvelle population de TILLING pois LEGATO : exploration des collections internationales, de populations issues de croisements inter-spécifiques
Optimiser le coût de la fonction fixatrice d azote : Génétique réverse sur le gène PepC-1 zone de fixation du N2 Région cible (962 pb) %Protéines 23 mutants identifiés pour PepC-1 LEGATO : de nombreux gènes candidats criblés par TILLING et EcoTILLING
Améliorer le rendement et sa stabilité : Des méthodes de sélection plus efficaces Sélection génomique sélection assistée par marqueurs Sélection phénotypique Sélection génomique Les déterminants génétiques des caractères d intérêt directement ciblés par la sélection Hamon et al. 2013, Lejeune et al. 2008, Prioul-Gervais et al. 2007 Projet International de Séquençage du Génome du pois PeaMUST : clonage positionnel de gènes impliqués dans la tolérance aux principaux stress du pois, implémentation de programmes de sélection génomique
Améliorer le rendement et sa stabilité : Optimiser les interactions symbiotiques bénéfiques Sélection du couple plante symbiote : Rhizobium, Mycorhize 400 350 souche F N accumulé (mg/plante) 100 80 60 40 20 0 R² = 0,76 0 50 100 150 Biomasse de nodosités (mg/ plante ) Nbre Nodosités 300 250 200 150 100 50 0 souche K souche E souche D souche A Génotypes de pois 104 génotypes de pois inoculés avec 5 souches de Rhizobium PeaMUST Combinaisons variétés x souche de rhizobium / mycorhizes Des partenaires symbiotiques sélectionnés pour améliorer l architecture racinaire pour une meilleure tolérance aux stress
Proposer de nouveaux systèmes de culture valorisant mieux les protéagineux Utiliser les modèles de culture pour concevoir des idéotypes adaptés aux systèmes de culture de demain Pédoclimat Caractéristiques de sol Climat AFISOL Rendement AZODYN blé Itinéraire technique Date de semis Irrigation Variété Bilans azoté hydrique Stress Déficit hydrique Excès thermique Tassement Carence azotée Ascochytose AFISOL: Outil de choix variétal * environnement * pratiques Vocanson, 2006 ; Jeuffroy et al., 2012 Conception et implémentation des idéotypes : Intégrer les paramètres génotypiques permettant d identifier les caractéristiques phénotypiques clés et compatibilité des traits souhaités Identifier et combiner les déterminants génétiques en jeu Gel AZODYN-IC Culture associée «pois-blé Corre-Hellou & Naudin, in prep
Mieux valoriser les interactions biotiques bénéfiques pour la plante et l environnement Piloter la flore microbienne du sol pour réduire le gaz à effet de serre N 2 O En plus de fixer l azote, certains rhizobia possèdent le gène nosz codant pour la synthèse de l enzyme N 2 O réductase catalysant la réduction de N 2 O en N 2 > Des travaux en serre ont montré que l inoculation de légumineuses avec une souche naturelle possédant le gène nosz permet de passer d un système émetteur de N 2 O vers un système consommateur de ce gaz. Des essais au champ vont être mis en place pour quantifier le bénéfice environnemental de ce procédé. 0.1 g N-N2O h -1 par pot 0.05 0-0.05-0.1 nosz depleted strain nosz strain A nosz strain B
Mieux valoriser les interactions biotiques bénéfiques pour la plante et l environnement Favoriser les communautés bénéfiques aux autres cultures de la rotation
Exploiter la signalisation symbiotique 1. Utilisation des LCOs en agriculture Amélioration de l architecture racinaire N racines laterales (%) 130 120 110 100 Pois Témoin LCO1 LCO2 LCO3 Combiner LCO x plante x Rhizobium LCO patents: INRA/CNRS (1990) and INRA/CNRS/UPS (2010) LysM-RLK patent: INRA/CNRS/UPS (2012) Lerouge et al 1990, Nature; Maillet et al 2011 Nature; Fliegmann et al 2013 ACS Chem Biol 2. Transférer la symbiose fixatrice d azote aux autres espèces cultivées Stratégie: Activation de la CSSP par les rhizobia produisant les LCOs
Légumineuses et cycle de l azote : des possibles à l avenir. Merci aussi à I. Lejeune, ML Pilet, C. Le Signor, A. Baranger, G. Aubert, K. Gallardo et Anthony Klein