Analyse et modélisation de la variabilité phénotypique du sorgho biomasse pour l’exploration d’idéotypes dans un contexte de diversification des usages

Face a l’enjeu de la transition energetique, l’utilisation de la biomasse vegetale ligno-cellulosique pour produire des energies et materiaux ‘bio-sources’, est l’une des alternatives au petrole ciblees. Le sorgho (Sorghum bicolor) est a ce titre de plus en plus etudie. Sa diversite genetique est une richesse considerable pour concevoir des varietes a forte production de biomasse de tige, de composition biochimique adaptee a divers usages et adaptees a des agroenvironnements limites en eau. Cette these s’inscrit dans deux projets d’amelioration varietale du sorgho biomasse, Biomass For the Future (ANR) et BioSorg (Agropolis-Cariplo). Son objectif est de comprendre les traits phenotypiques, de nature morphologique, biochimique, histologique, et leurs interactions, expliquant a l’echelle de l’organe (entrenœud) la production de biomasse de tige du sorgho, sa variabilite genotypique et en reponse a l’environnement climatique notamment hydrique. Pour cela une approche combinant experimentations et modelisation ecophysiologique a ete adoptee.Trois saisons d’experimentation ont ete organisees au champ (plateforme DIAPHEN, Mauguio, France), afin de comparer des genotypes sous condition irriguee et deficitaire en eau durant la phase d’allongement des tiges. Deux hybrides de sorgho biomasse ont ete etudies (2013-2014) pour mettre en evidence les traits contribuant a la regulation par la disponibilite en eau de l’accumulation de la biomasse de tige. Une dynamique de developpement commune a tous les entrenœuds d’un genotype a ete mise en evidence pour les traits histochimiques etudies ; les entrenœuds d’âge different sur la tige d’une meme plante peuvent donc etre utilises pour le phenotypage de cette dynamique. Ainsi, les traits fixes progressivement durant le developpement de l’entrenœud s’averent les plus sensibles au deficit hydrique. La quantite de biomasse de tige produite a ete reduite par le deficit hydrique et sa composition biochimique modifiee. Ceci s’explique par une reduction du nombre d’entrenœuds allonges, de leur longueur et teneur en ligno-cellulose, mais une augmentation de leur teneur en sucre soluble. Les entrenœuds developpes apres re-irrigation ont montre une recuperation remarquable a l’inverse des entrenœuds developpes durant la periode de stress. Ainsi, a la recolte, l’effet du deficit hydrique sur la production de la biomasse de tige etait tres attenue. Ces memes traits ont ete etudies sur 8 genotypes de morphologie et biochimie de tige contrastees (2014-2015). Les resultats ont montre une forte variabilite genotypique de sensibilite au deficit hydrique et de capacite de recuperation. Les traits de croissance et histochimie de l’entrenœud ont montre des reponses au statut hydrique partiellement correlees. La faible correlation entre traits biochimiques et histologiques suggere que la variabilite de la qualite de tige entre genotypes et environnements s’explique au niveau tissulaire. La stabilite de la production de biomasse de tige est donc controlee par ces traits de facon complexe et fonction du pattern de disponibilite en eau.Ces resultats ont ete utilises pour adapter et tester la capacite du modele ecophysiologique Ecomeristem a capturer les traits expliquant la variabilite des phenotypes de sorgho biomasse sous conditions hydriques non limitantes. La validation du modele s’est averee satisfaisante avec quelques limites dans sa capacite a capturer les cinetiques de vie des talles et, de fait, la repartition de la biomasse entre talles. L’analyse de sensibilite du modele a montre que les genotypes simules produisant le plus de biomasse de tige resultent de combinaisons de traits differentes en fonction de la densite de peuplement. Le trade-off entre propension au tallage et a accumuler plus de biomasse au niveau de l’entrenœud individuel s’avere determinante. La balance entre ces traits devrait etre davantage consideree dans la demarche de phenotypage et d’ideotypage et sous des environnements contrastes.