Effets mémoire maternels du stress thermique sur la résistance à la hernie des Crucifères chez le colza

Contexte et enjeux

Le projet KORRIGAN aborde la problématique cruciale de l'adaptation des cultures au changement climatique. Ce dernier est caractérisé par une augmentation de la fréquence des stress biotiques (comme les maladies) et abiotiques (comme les vagues de chaleur). Il est devenu impératif de mieux comprendre les interactions complexes entre ces différents types de stress et d'identifier les facteurs non génétiques qui peuvent transmettre une tolérance croisée entre générations de plantes.

La hernie des crucifères, causée par le parasite Plasmodiophora brassicae, est une maladie majeure affectant le colza et entraînant d'importantes pertes de rendement et une dégradation du système racinaire qui empêche l'alimentation hydrominérale de la plante, ainsi qu'une réduction de la teneur en huile des graines. Les approches conventionnelles d'amélioration variétale, basées uniquement sur la génétique, sont souvent destinées à mettre en œuvre et parfois insuffisantes face à la rapidité des changements climatiques.

Le projet KORRIGAN propose une approche innovante en se focalisant sur les effets mémoire de l’environnement maternel, médiés par des facteurs non génétiques et transmissibles, tels que les régulations épigénétiques et le microbiote des graines. Il s'intéresse spécifiquement aux effets d'un stress thermique appliqué aux plantes de colza durant la phase reproductrice sur la réponse de leur descendance à l'infection par la hernie des crucifères. Des études antérieures ont déjà montré que des stress abiotiques (comme l'augmentation de la température ou la sécheresse) peuvent impacter l'ampleur de l'infection par P. brassicae, et que la réponse de la plante à la hernie dépend des conditions environnementales et implique des régulations épigénétiques. De plus, le microbiote de la graine et les communautés microbiennes de la rhizosphère sont connus pour moduler la réponse de la plante aux agents pathogènes.

Le projet KORRIGAN est confronté à plusieurs enjeux clés, tant scientifiques que sociétaux.

Enjeux scientifiques

• Démontrer l'existence d'interactions bénéfiques (tolérance croisée intergénérationnelle[SB1] ) entre les mécanismes de réponse à des stress de différentes natures entre générations de plantes. Cela inclut l'analyse de scénarios climatiques à l'origine de stress multiples, un domaine encore sous-exploré ;
   
• Proposer de nouvelles pistes d'amélioration combinables au levier génétique, basées sur la transmission verticale de facteurs non génétiques et transmissibles. L'originalité réside dans la prise en compte conjointe de facteurs non génétiques et transmissibles souvent dissociés dans les analyses d'héritabilité maternelle ;
   
• Identifier les mécanismes sous-jacents à cette héritabilité non génétique, notamment le rôle des régulations épigénétiques (modifications non génétiques transmissibles) et du microbiote de la graine. Il s'agit de comprendre comment l'application d'un stress thermique sur la génération n, induit la modification de marques épigénétiques dans certaines régions du génome, transmissibles à la génération n+1, et qui influencent la réponse de la plante à P. brassicae, comment et/ou le microbiote de la graine produite à la génération n est modifié pour influencer la résistance à la hernie des plantules de la génération n+1;
   
• Comprendre comment les stress combinés (séquentiels ou simultanés), de plus en plus fréquents, affectent les cultures et la résilience des plantes, et si ces effets sont synergiques (bénéfiques) ou défavorables.

Enjeux sociétaux

• Proposer des leviers d'adaptation pour les systèmes agricoles qui soient plus rapides à mettre en place que la sélection génétique traditionnelle ;
   
• Apporter une preuve du concept de l'importance de l'héritabilité non génétique dans la construction de stratégies d'acclimatation ;
   
• Fournir aux sélectionneurs et semenciers de nouvelles connaissances et outils pour améliorer la modélisation de la transmission des caractères via des facteurs non génétiques, en se basant sur l'épigénome et le microbiote des graines.

Objectifs

Le projet KORRIGAN a pour objectif principal d'étudier les effets d'un stress thermique appliqué aux plantes de colza durant la phase reproductrice sur la réponse de leur descendance à l'infection par la hernie des crucifères. Plus spécifiquement, les objectifs sont les suivants :

• Tester l'effet de tolérance croisée : Évaluer si un stress thermique subi par les plantes mères (génération n) peut sensibiliser ou conférer une tolérance accrue à leur descendance (génération n+1) face à une infection par la hernie des crucifères. Cette évaluation sera donc effectuée à l’échelle inter-générationnelle sur 4 génotypes de colza (Aviso, Milena, Astrid, Ramses) retenus pour leur précocité de floraison similaire et leur niveau de sensibilité/résistance à l'isolat de P. brassicae. La génération n sera exposée à un stress thermique pendant la phase reproductrice et la génération n+1 sera infecté par P. brassicae en début de cycle.
   
• Identifier les facteurs non génétique et transmissibles sous-jacents aux effets : analyser la contribution des régulations épigénétiques et du microbiote des graines dans l'ampleur de la réponse à l'infection. Il s'agit d'identifier si l'application d'un stress thermique induit des modifications épigénétiques transmissibles ou des modifications du microbiote de la graine qui influencent la réponse de la plante à la maladie. Les analyses incluent la caractérisation de la diversité bactérienne des graines et de la rhizosphère après l'infection, ainsi que l'identification des gènes dont l'expression et/ou la méthylation sont modulées par le stress thermique et transmises à la génération suivante ;
   
• Développer de nouvelles stratégies d'adaptation : apporter des connaissances sur les facteurs de transmissibilité d'une tolérance croisée ou d'une sensibilité accrue au stress entre générations. Le projet vise à explorer de nouveaux leviers pour l'acclimatation des cultures au stress dans un contexte de changements globaux. Les résultats permettront d'apporter des connaissances sur la contribution de facteurs non génétiques transmissibles dans la résilience des cultures en contexte multi-stress et d'imaginer comment prendre en compte ces facteurs pour développer des stratégies d'adaptation.
   

En adoptant une approche interdisciplinaire et en se focalisant sur les mécanismes non génétiques de l'héritabilité, le projet KORRIGAN vise à fournir des solutions innovantes et plus rapides pour l'adaptation de l'agriculture face aux défis climatiques actuels et futurs, en particulier pour la culture du colza. Il s'inscrit pleinement dans les priorités du métaprogramme CLIMAE en explorant des pistes pour une agriculture plus résiliente face aux changements globaux.

Unités INRAE impliquées

• EVA - Ecophysiologie Végétale, Agronomie et Nutritions | Caen
• IGEPP - Institut de Génétique Environnement et Protection des Plantes | Le Rheu
• LEM - Laboratoire d’Écologie Microbienne | Villeurbanne

Partenaires extérieurs

• CNRS
• Institut Agro Rennes-Angers
• Université de Caen Normandie
• Université de Rennes