RL 1. Régulation biologique et communication dans les cultures: identification des processus clés conduisant au rendement et résilience des couvertures bio-diverses

Les changements environnementaux mondiaux, en particulier les changements climatiques, exigent de repenser les pratiques de gestion des cultures afin de réduire les apports d'engrais et de pesticides. Cela conduit à une plus grande hétérogénéité au sein de la canopée et à une plus grande dépendance vis-à-vis des contraintes environnementales. Par exemple, la réduction de la densité des cultures et des taux d'intrants synthétiques accroîtra la variabilité de la biomasse des plantes, favorisera le développement des mauvaises herbes ainsi que celui des agents pathogènes et des parasites, qui sont des sources potentielles de dommages aux cultures. L'agroécologie favorise les capacités d'autorégulation des écosystèmes basées sur des processus biologiques, par exemple par un accroissement de la biodiversité au sein de la culture (un couvert végétal bi-divers). Ces processus restent mal compris et peu quantifiés dans les agro-écosystèmes, et de nouvelles références doivent donc être établies. Dans ce contexte, Eco & Phy a récemment commencé à étudier les régulations biologiques des agroécosystèmes (exsudats de racines, métabolisme secondaire, qualité de la lumière) et à élargir la gamme des cultures étudiées (cultures pures, mélanges variétaux, associations d'espèces, interactions avec la macro-faune). Dans ce RP de cinq ans, notre ambition est de dévoiler les processus réglementaires clés et d’évaluer leur part dans la résilience de la canopée. Les résultats de ce projet visent à identifier les principaux processus de régulation biologique et les échelles pertinentes pour concevoir des agroécosystèmes résilients.

Le projet comportera trois composantes, basées sur les deux espèces de cultures principalement étudiées dans l’équipe (blé et colza), cultivées en cultures pures, en mélanges variétaux (blé) ou en cultures associées (colza / légumineuses), selon les processus étudiés et les objectifs. Les deux premières composantes aborderont les deux thèmes déjà abordés dans l'équipe enrichie de processus de réglementation biologique pour évaluer leur contribution : (i) les processus de défense des plantes (interactions plante-parasite) et (ii) la gestion des ressources en carbone et en azote. Une troisième composante, plus exploratoire (iii), portera sur le rôle des processus de communication, qui, nous le supposons, sera important pour comprendre le fonctionnement des agro-écosystèmes.

• Réglementation biologique dans les processus de défense des plantes. L’objectif sera d’évaluer la transmission de la virulence au sein d’une population d’agents pathogènes au cours d’une saison de croissance dans des mélanges variétaux de blé et d’identifier les régulations biologiques induites par le mélange. Cette composante fait l’objet d’un projet de thèse en collaboration avec l’unité BIOGER.
• Régulations biologiques dans la gestion des ressources N et C en tenant compte de la diversité des organismes au sein de la culture. L’objectif sera de (i) mieux comprendre la gestion des ressources en carbone et en azote des couvertures associées au colza-légumineuse en identifiant les processus de régulation biologique clés (concurrence et facilitation au niveau aérien et racinaire, plasticité des architectures aériennes et racinaires, effet de lumière et signaux). De plus, nous allons (ii) évaluer le rôle des interactions plantes-microbiens dans les cycles C et N, et en particulier le rôle des exsudats racinaires dans le bilan C et du compartiment microbien dans l'apport de N à la culture. Cette composante sera appuyée par les projets IMPULSE, RAPSODYN et BREEDWHEAT.
• Explorer le rôle de la communication dans les régulations biologiques. Exemple des COV dans les interactions plante-ravageur. Nous développerons des recherches prospectives sur le rôle des COV dans les interactions plante-plante-ravageur, en identifiant les composés impliqués et en comprenant leur rôle dans la résilience des écosystèmes. Il s'appuie sur l'expertise de 2 équipes en matière de mesure de COV émis par les plates par PTR-QiTOFMS et de conception de dispositifs à mésocosme contrôlés pour le contrôle et le prélèvement différentiel d'organes de plantes dans des peuplements sous contrainte (PERISCOPE, LED, PhAIRE). Les relations trophiques entre plantes, agresseurs et auxiliaires seront étudiées dans le cas des systèmes push-pull (colza), rarement évalués sous nos latitudes (collaboration avec BIOGER et les unités agronomiques).

Ce RP sera réalisé conjointement au niveau ECOSYS dans le thème structurant "Biomasses" (cycles C-N, interactions sol-plante) et le thème "Diversité" (couvert hétérogène, interactions plante-ravageur)