Le changement climatique rend les sécheresses plus fréquentes et plus graves, ce qui rend la recherche sur le développement de cultures résistantes à la sécheresse plus importante que jamais. Les chercheurs ont désormais développé un nouveau cadre qui devrait accélérer cette importante recherche.
L’un des défis de la sélection végétale est que les chercheurs doivent prendre des mesures méticuleuses sur des centaines (ou des milliers) de plantes individuelles dans de nombreuses parcelles expérimentales de sélection afin d’évaluer quelles souches végétales possèdent les caractéristiques les plus souhaitables (et feraient donc de bons candidats pour la sélection végétale). cultures futures). Ce processus est à la fois fastidieux et prend du temps.
Mais une équipe de recherche dirigée par Frank Bai a développé un cadre pour mesurer certains de ces traits phénotypiques qui devrait accélérer les choses. Bai, professeur adjoint au Département de génie biologique et agricole de l’État de Caroline du Nord, a récemment a publié un article dans la revue Recherche sur les grandes cultures décrivant un nouveau cadre pour évaluer rapidement deux caractères clés de résistance à la sécheresse dans les parcelles de recherche sur les cultures. Nous avons parlé à Bai pour en savoir plus.
Quelle est la grande idée fondamentale de votre nouvel article ?
La grande idée est de développer un système de détection et de modélisation facile à utiliser pour permettre un criblage précis, automatique et à haut débit de l’évapotranspiration (ET) et de l’efficacité de l’utilisation de l’eau (WUE) pour les parcelles de sélection individuelles pour les sélectionneurs de plantes et les scientifiques. ET fait référence à la perte d’eau par évaporation du sol et transpiration des plantes (où l’eau s’évapore lorsque les plantes « expirent » principalement par les stomates de leurs feuilles). WUE fait référence à la quantité de biomasse gagnée par unité d’eau appliquée à une culture.
Les parcelles de sélection sont des sections d’un champ réservées à la sélection de plantes. Lorsqu’il s’agit de recherche sur le développement de nouvelles variétés d’une culture, les sélectionneurs utilisent souvent des parcelles de plus petite taille afin de pouvoir inclure un grand nombre de génotypes candidats (ou lignées de sélection) dans une zone limitée. Cela signifie que ces parcelles sont assez petites par rapport aux expériences de terrain à l’échelle de la production. Dans les recherches que nous avons effectuées pour cet article, nous nous sommes concentrés sur des parcelles expérimentales de sélection de maïs : chaque parcelle mesurait 6,1 mètres de long et 4,6 mètres de large.
Mesurer ET et WUE avec des techniques conventionnelles signifie se rendre sur chaque parcelle et prendre diverses mesures minutieuses – en utilisant des instruments portables pour mesurer les paramètres ou en prenant des notes sur le terrain de feuilles individuelles, etc. Cela prend énormément de temps et la vitesse (ou débit) de mesure est faible.
Notre objectif avec ce travail était de développer une approche beaucoup plus rapide, sans sacrifier la précision.
Les outils à haut débit existants qui mesurent les traits phénotypiques se concentrent sur les traits morphologiques (par exemple, la hauteur du couvert forestier et la biomasse aérienne) et les traits qui peuvent être mesurés à l’aide de technologies d’imagerie spectrale (par exemple, l’indice de végétation par différence normalisée). Certains de ces caractères peuvent être liés au WUE à l’échelle de la parcelle. Notre approche estime directement le WUE en combinant le phénotypage morphologique et spectral avec des modèles ET physiques.
Du point de vue d’un agriculteur, pourquoi est-ce important ?
En fin de compte, cela nous aidera à produire de meilleures semences pour faire face aux sécheresses.
De plus, étant donné que la transpiration des plantes est l’un des processus physiologiques les plus importants chez les plantes et qu’elle est associée à l’activité de photosynthèse, notre outil sera précieux pour la gestion précise des champs en cartographiant le stress des cultures pour les agriculteurs.
D’accord, alors en quoi cela aide-t-il exactement les chercheurs qui tentent de créer des cultures résistantes à la sécheresse ?
Grâce à cet outil de sélection, les sélectionneurs seront en mesure de sélectionner rapidement les meilleures lignées génétiques sans effectuer de recherches sur le terrain à forte intensité de main-d’œuvre. En d’autres termes, ils peuvent déterminer quelles parcelles de sélection contiennent des plantes présentant les caractéristiques les plus souhaitables en termes de tolérance à la sécheresse.
Alors, quelle est la prochaine étape ?
Je prévois d’incorporer ce cadre de détection et de modélisation dans un système de détection basé sur un drone. Notre objectif est que les drones collectent les données pertinentes sur un site de recherche, effectuent les calculs nécessaires pour déterminer l’ET et le WUE pour chaque parcelle de reproduction du site et rapportent ces résultats aux chercheurs.
Combien de temps pensez-vous qu’il faudra avant que cette nouvelle méthodologie ait réellement un impact sur le développement de cultures plus résistantes à la sécheresse ?
J’espère que mon laboratoire sera en mesure de fournir cet outil aux éleveurs d’ici deux ans. À ce stade, nous sommes en train d’obtenir un financement pour aller de l’avant avec un prototype que nous pouvons utiliser pour valider davantage cette approche.
Plus d’informations :
Geng (Frank) Bai et al, Phénotypage physiologique à haut débit de l’évapotranspiration des cultures à l’échelle de la parcelle, Recherche sur les grandes cultures (2024). DOI : 10.1016/j.fcr.2024.109507