FIRST

Définition et développement d’outils permettant l’identification de génotypes associant résistance aux pathogènes et efficience d’utilisation de l’azote. Modèle: Solanum tuberosum x Phytophthora infestans x azote

Contexte

Les inquiétudes suscitées, pour l’homme et son environnement, par l’utilisation intensive d’engrais de synthèse et de pesticides ont profondément influencé les modes de conduite des cultures. Aux modes de culture intensifs se substituent des itinéraires qui, tout en conservant une production économiquement rentable, sont moins exigeants en intrants. L’utilisation d’assortiments variétaux adaptés à ces nouvelles conditions de culture conditionne le succès de cette transition. Les innovations variétales doivent assurer un rendement adéquat et s’affranchir de l’incidence de facteurs limitant multiples (compétition avec les adventices, disponibilité en éléments nutritifs et maladies).
La culture de la pomme de terre est un modèle de culture intensive: traitements récurrents de fongicides pour contrôler le développement de Phytophthora infestans sur des variétés commerciales essentiellement sensibles et utilisation de doses « d'assurance » d'engrais azotés, le plus souvent excessives par rapport aux besoins. Sur le plan de la résistance génétique, les gènes R se sont avérés peu efficaces suite à leur contournement rapide par P. infestans. En ce qui concerne l’efficience d’utilisation de l’azote, la mise en évidence d’une variabilité génétique laisse entrevoir la possibilité de produire des variétés de pomme de terre plus efficientes^1,2.
Le projet FIRST exploite les génotypes de pomme de terre disponibles au CRA-W. Il a pour objectif la définition d’outils d’identification de génotypes combinant haute efficience d’utilisation de l’azote et résistance à P. infestans qui repose sur les réponses immune³ et métabolique dont la durabilité et l’efficacité ont été récemment redécouvertes⁴. Les outils de « machine learning » seront utilisés pour produire des modèles prédictifs des traits d’intérêt à partir des données générées par les différentes approches expérimentales.

Objectifs

L’objectif général du projet réside dans la définition et le développement d’outils permettant l’identification de génotypes associant résistance aux pathogènes et efficience d’utilisation de l’azote. Cette recherche s’appuiera sur le système pomme de terre (S. tuberosum) x mildiou (P. infestans) x fertilisation azotée. Le choix de ce modèle a été déterminé par l’importance de cette culture en Belgique (+/- 80.000ha en 2011) et surtout parce qu’elle constitue un modèle de conduite obligatoirement intensive : 15 à 18 traitements annuels et une faible efficience d’utilisation de l’azote imposant des doses « d'assurance » d'engrais azotés, le plus souvent excessives par rapport aux besoins.

Les étapes pour atteindre cet objectif sont :

Identification des effecteurs¹² à l’origine de l’agressivité des souches de P. infestans;
Identification des leviers protéiques utilisés par P. infestans pour orienter le métabolisme de l’hôte comme condition nécessaire de détection d’une résistance métabolique;
Identification des métabolites¹³ et des populations de protéines associées à la résistance au P. infestans et à l’efficience d’utilisation de l’azote ainsi qu’à l’interaction P. infestans x azote ;
Développement de méthodes utilisant des capteurs portables pour la détection de traits physiologiques et morphologiques spécifiques de l'efficience d'utilisation de l'azote ainsi que la détection de P. infestans (observations en champ et en laboratoire);
Caractérisation et évaluation de la résistance et de l’efficience des génotypes dans différentes conditions expérimentales en laboratoire et au champ;
Analyse, par machine learning, des données fournies par la protéomique, la métabolomique, les essais biologiques/agronomiques et les sondes spectrales pour construire un outil d’aide à la sélection de variétés à faibles intrants.

Résultats attendus

Les premiers résultats, obtenus à partir de culture en phytotrons, permettront de différencier la variabilité génétique de l’efficience d’utilisation de l’azote chez les phénotypes résistants et sensibles à P. infestans .

Ces résultats guideront la mise en place des essais en champs et, par conséquent à l’analyse de l’interaction infection x alimentation azotée et par les approches de protéomiques, métabolomiques et d’imagerie.

Ces analyses à haut débit fourniront des listes de composés / banques spectrales représentatifs de la résistance/sensibilité à P. infestans et/ou de l’efficience azotée.
Parallèlement des essais conduits en phytotron seront permettront de valider les données obtenues en champs.

Un protocole de traitement de données définira le niveau/ la qualité des prédictions associées à chaque approche expérimentale (ou combinaison d’approches expérimentales).

Sur base de ces résultats, le projet FIRST apportera :

un outil d’aide à la sélection variétale de génotypes associant résistance à infestans et efficience d’utilisation de l’azote ;
des recommandations sur la gestion de la fertilisation azotée des cultures de pomme de terre;
les banques de données spectrales contribueront de la plateforme d'analyses multi-capteurs permettant de détecter et de mesurer la dynamique des infections au champ ;
la stratégie expérimentale adoptée dans FIRST sera transposée à d’autres modèles agronomiques (céréales, fruitiers) dont la productivité est limitée par différents facteurs (a)biotiques en interaction.