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Etat de la recherche sur les légumineuses

Nadim TAYEH

INRAE, Dijon

Légumineuses : usages variés et fort potentiel

Déforestation

OGM

Pesticides

01020304050

POIS FOURRAGER

Lentille

VESCE COMMUNE

TREFLE VIOLET

TREFLE BLANC

LUZERNE

LUPIN BLANC

FEVEROLE

POIS PROTEAGINEUX

SOJA

BLE TENDRE

Légumineuses en France : entre insécurité et instabilité Nombre de variétés pour atteindre 75% du marché ventes en France (2016/2017) Surfaces de légumineuses en graines en France (ha)

Semences

de ferme

Semences

certifiées 55

GenisteaeCicereae

Trifolieae

Viceae

Loteae

Hedysareae

Dalbergieae

Phaseoleae

Les avancées génomiques chez les légumineuses

Lupin blanc

Lupin changeant

Lupin jaune

Pois chiche

LégumineusesEspèces soulignées, légumineuses fourragères ; En rouge, légumineuses modèles

Chiffres en bleu, variétés inscrites au catalogue officiel des espèces et variétés de plantes cultivées en France (03 Février 2020)

Haricot

Soja

Haricot-fleur

Luzerne

Trğfle d'Aledžandrie

Mélilot

Luzerne tronquée

Trèfle blanc

Trèfle violet

Pois

Fève/roles

Lentille

Vesce commune

Gesse

Vesce velue

Vesce de Hongrie

Lotier corniculé

Lotier du Japon

Sainfoin

Niébé

Arachide

5 14724
23
3 1 33
68
32
4 7 2 1 7 60
221
1 Nombreuses espèces de légumineuses et espace de recherche très vaste

Numerous Traits Need To Be Considered and ImprovedNombreux freins à la production et solutions à trouver par la recherche

Interactions plante-plante

Stress abiotiques

Stress biotiques

Rendement et qualité

nutritionnelle Trouǀer les solutions ă l'Ġchelle du systğme et au plus prğs des plantes ͊ Comprendre, maitriser et edžploiter l'effet prĠcĠdent des lĠgumineuses dans le systğme

Thèse de Mae Guinet, INRAE, UMR Agroécologie ; thèse encadrée par A. S. Voisin et B. Nicolardot

Espèces de printemps

Espğces d'ĠtĠ

Précédents printempsPrécédents étéPrécédents printempsPrécédents été

Guinet et al., 2018. Innovations agronomiques

Rendement Moyen des cultures pures(q/ha)

0 10 20 30
40
50
60
70

020406080

Hr 2018

Hr2 2018

hr 2019

Hr 2019

Augmenter et stabiliser les rendements des lĠgumineuses en les associant ă d'autres cultures 0 10 20 30
40
50
60
70

0,010,020,030,040,050,060,070,0

Ehogold 2018

Flamenko 2018

Ehogold 2019

Flamenko 2019

(q/ha) Rendement total de l'associationThèse de Thibault Guégan, INRAE,

UMR Agroécologie ; thèse encadrée

par J. Burstin et C. Lecomte (q/ha)

Rendement total de l'association

Rendement total de l'association

Rendement Moyen des cultures pures(q/ha)

Teneur en protéines de la céréale

associée (% MS) Teneur en protéines de la céréale pure(% MS)

Laurent Bedoussac et collaborateurs,

INRAE, UMR AGIR

(kg/m²)

Rendement Moyen des cultures pures(q/ha)

PoisBlé

11 avril 2019

Maison des Océans | PARIS

Graminées

Dactylis glomerata

Festucaarundinacea

Loliumperenne

Légumineuses

Trifolium repens

Trifolium pratense

Lotus corniculatus

Medicago sativa

7 espèces fixes5 mélanges

Sans fertilisation

Fauche régulière

Mesures de biomasse par

espèce 3 fois/an

Mesures diversité bactérienne par

méta-génomique (année 5) Diversité génétique des espèces variable entre mélanges Effet de la diversité génétique des espèces en mélange sur la fourniture de fourrage

Thèse de Julien Meilhac, INRAE, URP3F ; thèse encadrée par I. LitricoMeilhac et al., 2019. Annalsof Botany

&ANR-13-ADAP-0015

Année après installation

Biomasse totale du

mélange (g.m²)

Effet positif

11 avril 2019

Maison des Océans | PARIS10

Diversité bactérienne

du sol associée

Maintien des espèces et

qualité du fourrageProductivité et stabilité

Effet positif

Mélanges

Effet positif

Ordination (NMDS) des mélanges

par niveau taxonomique OTU Effet de la diversité génétique des espèces en mélange sur la fourniture de fourrage

Meilhac et al., 2019. Annalsof BotanyThèse de Julien Meilhac, INRAE, URP3F ; thèse encadrée par I. Litrico

Biomasse totale

du mélange (g.m²) Semis Gel

Floraison

Récolte

2019

Début juilletMi-avril Mi-juin23 octobre

170 variétés de pois d'hiǀer

2 variétés de blé

Encore mieux réussir son association : la génétique pour créer la variété de demain

¾Biomasse aérienne

¾Vitesse de fermeture du couvert

¾Rendement total

¾Rendement par partenaire

¾Teneur en protéine des grains

¾Taux de grains bruchés

Thèse de Thibault Guégan, INRAE, UMR Agroécologie ; thèse encadrée par J. Burstin et C. Lecomte

(Ps ; Ta) (Ps ; Ta) (Ps ; Ta) (Ps ; Ta) (Ps ; Ta) (Ps)

Pourcentage de fermeture du couvert (3 Mai 2019)

Nombre de variétés

aǀec l'aptitude ă l'association chez le pois

Type HrAfila

Type HrFeuillu

Type hrAfila

Type hrFeuillu

Une observation

Un lienUne cible

Un progrès ....

Pois et luzerne, les légumineuses les plus travaillées en recherche en France ƒA l'edžception du soja, cohĠrence du classement entre France et Monde Inspiré de : Magrini et al., 2019. Sustainability

Selon : Web of Science (10 Février 2020)

ƒAccumulation de saponines -> amertume

ƒ1 gène codant une enzyme clé de la voie

de biosynthèse des saponines identifié :

ɴ-amyrineSynthase (Bas1)

¾Déclarationd'inǀention

Teneurensaponines(g.kg-1)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 bas1WT

Mutant

zéro saponine

¾Transfertversla selection pour

introgression dansdes variétésélites La génétique pour réduire le goût désagréable des graines de légumineuses destinĠes ă l'alimentation humaine ƒOxydation des lipides par des lipoxygénases (LOX) -> Goûtvert͞beany taste" ƒ2 gènes codant les lipoxygénasesmajeures des graines de pois identifiées : LOX1et LOX2

Mutant

Faible LOX

050100150200250

ActivitéLOX (ULOX/ml)

lox3 lox2 WT WT -79% -58% Froid

CBFCBF

CBF CBF

RégulonCBF

Tolérance

au gel Hascoetet al., 2015. Poster Beji et al., 2020. BMC Genomics Lejeune-Hénautet al., 2008. Theoreticaland AppliedGenetics

Tayehet al., 2013. BMC Genomics

Klein et al., 2014. Theoreticaland AppliedGenetics EDEN (parent récurrent)

TolérantSensibleScore de tolérance au gel

Theix(2013-2014)

% lignées

CBF/DREB1

Sélection assistée par marqueurs

Nouveau type variétal : pois Hr

La génétique ... pour identifier les lociresponsables de la tolérance à un stress abiotique, le gel

Desgrouxet al., 2018. Frontiers in Plant Science

6 lieux en France ; 2 années

Lavaud et al., 2015. Theoreticaland AppliedGenetics

YTL ă l'origine de͗

Ürésistance à

Aphanomyces

Üsurface racinaire

Þperte de racines

/infection Nulle

Très faible

Faible

Faible à

Moyenne

Moyenne

Moyenne

à Bonne

Bonne

Bonne à

Très bonne

Très bonne

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Note de préservation du rendement

vis-à-ǀis d'Aphanomyces(CTPS)

Poseidon

Kagnotte

Karacter

Astronaute

Safran

Kayanne

+toutes les autres variétés de pois de printemps

La génétique ... pour faire la différence face aux pathogènes, les agents de la pourriture racinaire

La génétique pour aller au-delà des limites du phénotypageclassique

ƒ336 accessions de pois dont 20 % du

pois sauvage ƒpopulation biparentaleissue d'un croisemententre Caméoret

Ballet -207 individus

Bourion et al., 2010. Theoreticaland AppliedGenetics

Longueur totale des racines

Nombre de nodules

Mettre en lien les traits et leurs déterminants génétiques ... Comprendre et pyramider

Plante & moi

(class I): 77.8% (class II): 5.4%3.9%

Génome du pois

https://urgi.versailles.inra.fr /Species/Pisum cv. Caméor (Seminor, 1973) 239

300376

334

PHr, Poisd'hiǀerHr

Phr, Poisd'hiǀerhr

PP, Poisde printemps

AMS, Architecture et multi-

stress

Génome du lupin blanc

https://www.whitelupin.fr

Racines latéralesRacines protéoides

Nombre de racines dans les 10 premiers cm du système racinaire

Z-scores

associés aux niveaux d'expression

Expression relative

63 gènes

S1 cv. Amiga (Florimond Desprez, 1985) cv. Mercedes [4x=32] (Limagrain, 1995) Génome de la luzerneGénome de la féverole

Taille du génome (Gb)

ACP sur 20 variétés

ƒ4 bulks de 100 plantespar variété

ƒ39 424 marqueursau total

Distance phénotypique (GAIA)

Distance génétique (FST)

Julier et al., 2018. MolecularBreeding

Marqueurs

Populations

biparentales

Collections nationales de

ressources génétiques

Mutants TILLING

Données

d'edžpression

Platformesde

génotypage

Bioinformatique

Outils

d'analyses génétiques

Dalmais et al., 2008. GenomeBiology

Tayehet al., 2015. the Plant Journal

Carillo-Perdomoet al., 2020. Soumis

Alves Carvalho et al, 2015. the Plant Journal

Boutetet al, 2016. BMC Genomics

Ressources "made in France» pour la recherche et la sélection chez les légumineuses

Principe et al. 2017

La recherche au plus près de la sélection avec les premiers programmes de sélection génomique

La sélection génomique se poursuit dans :

Tayehet al., 2015. Frontiersin Plant Science

Yuels traits d'architecture permettent au pois en

particulier et aux légumineuses en général de mieux tolérer Stress Hydrique et Fortes températures ? Idéotype(s) avec résilience au réchauffement climatique

Plante

Plante x rhizobium

Plante x rhizobium x

microorganismes

Sans stress

Stress hydrique

Stress hydrique x

stress thermique 6 5 4 3 2 1

Cluster 1

Cluster 2

Cluster 1

1 2 3 4 5

TranscriptomeMétabolome

stressconditions optimalestemps 100%
Trait (% comparĠ au delta vitesse tempsde retour latence

RECUPERATIONTOLERANCE

RESILIENCE

ARECOVER

EAUPTIC

Vers la transdisciplinaritĠ et la notion d'holobionte

Couchoud et al., 2020. Frontiersin Plant Science

Projet PEAVALUE, ANR 2020-2023, porté par K. Gallardo La recherche translationnelle: il est bien temps !

Phénotype

GenisteaeCicereae

Trifolieae

Viceae

Loteae

Hedysareae

Dalbergieae

Phaseoleae

Lupin blanc

Lupin changeant

Lupin jaune

Pois chiche

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