KIM Panel 279

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Le panel 279-PR, un outil unique pour l’amélioration de la tolérance de la vigne à la sécheresse

 

> Compétences collectives associées au projet : L’UMR AGAP (équipe DAAV) s’intéresse à la diversité génétique de la vigne et son utilisation pour identifier des caractères d’intérêt agronomique par des approches de cartographie de QTLs (populations bi-parentales, di-allèles, panel de diversité). Cette équipe possède une expertise sur la biologie du développement du raisin et la physiologie du fruit unique. L’UMR LEPSE (équipe ETAP) développe des travaux sur la réponse physiologique de la vigne aux contraintes hydrique et thermique à différentes échelles (contrôle stomatique, régulation vasculaire, développement végétatif, bilan C) et sur le déterminisme génétique de ces caractères en collaboration avec l’UMR AGAP (ANR VitSec 2006-2009), travaux qui ont mis en évidence des cibles de sélection intéressantes, notamment sur la régulation de la transpiration nocturne. L’UMR SPO, avec ses plateformes analytiques spécialisées, dispose d’expertises sur la caractérisation des composés d’intérêt du raisin et du vin, notamment les composés phénoliques et les molécules aromatiques, et sur la compréhension des mécanismes d’extraction et de transformation de ces composés au cours de la vinification. L’UE Pech Rouge propose une approche intégrée du cep au produit conditionné à des échelles pertinentes et transférables (du cep à la parcelle agronomique, et du kilo de raisin à la tonne). Elle dispose des capacités de conduite et caractérisation de dispositifs viticoles à la parcelle, des différentes étapes de vinification, et de caractérisation physico-chimique et sensorielle du raisin au vin. L’UMR MISTEA dispose de compétences pour participer au développement des systèmes d’information et d’analyse des données générées par les projets s’appuyant sur le dispositif (phénotypes, génotypes, métadonnées, modélisation). L’UMR ITAP possède l’expertise et les compétences dans le développement de capteurs optiques pour les milieux complexes, en lien avec le phénotypage non destructif à haut débit de la réponse au déficit hydrique d’un très grand nombre variétés.

 

> Complémentarité des outils sur le pôle : Avec Montpellier, les plateformes M3P du LEPSE (https://www6.montpellier.inrae.fr/lepse/M3P), Phenopsis, Phenodyn et PhenoArch, sont conçues pour l’étude du stress hydrique en conditions contrôlées de plante en pots. Ces facilités qui sont constitutives du projet ANR G2WAS en cours, permettent de bien contrôler l'environnement des plantes et de robotiser tout ou partie du phénotypage mais elles ne permettent pas d’apprécier le développement des plantes en milieu naturel et/ou sur de longues périodes. Avec le CRB Vassal : Le conservatoire de plus de 8000 accessions dont 6000 génotypes de Vitis vinifera est destiné à la conservation. A ce titre, pour des raisons sanitaires, les ceps sont installés francs de pied (sans greffage) sur un sol sableux. Ces conditions ne permettent pas la comparaison des génotypes dans les conditions de culture usuelles ni les traitements expérimentaux différenciés entre blocs (genotype en un seul bloc et parfois avec moins de 3 individus par accession). Avec le domaine du Chapitre : Le panel de 279 a été préinstallé il y a 10 ans sans dépistage ni assainissement viral préalable par surgreffage sur Marselan lui-même greffé sur porte-greffe Fercal. Ce dispositif qui a permis l’acquisition de données préliminaires intéressantes est vieillissant et présente des limites pour l’évaluation de la réponse du panel à la contrainte hydrique.

 

2) Contexte scientifique et sociétal de la proposition

  > Eléments scientifiques : Les réponses des plantes aux stress abiotiques sont multiples et complexes. C’est d’autant plus vrai chez la vigne, plante pérenne, qui doit gérer l’équilibre pérennité/production, et que l’on s’intéresse aux multiples composantes de la qualité du raisin. Plusieurs types de stress doivent être considérés, parmi lesquels le stress hydrique, notamment dans les régions méditerranéennes. Des études génétiques, réalisées par des équipes Montpelliéraines ont permis d’initier la caractérisation des bases génétiques de la réponse de la vigne au stress hydrique, à l’aide d’approches classiques de détection de QTLs (populations bi-parentales).    

Une étude plus poussée de la réponse physiologique, génétique, et moléculaire de la réponse au stress hydrique est en cours (ANR G2WAS) par génétique d'association pangénomique sur le panel 279, en conditions semi-contrôlées (PhenoArch). Cependant, pour cette étude, les plantes étant en pot, non greffées et relativement jeunes, il nous a semblé nécessaire d’étudier la transférabilité des résultats obtenus vers les conditions de plein champ. Ce contexte permet des études des effets à long terme de différents stress abiotiques sur la survie/dépérissement des différentes variétés et la stabilité de la production. Par ailleurs, des études réalisées chez d’autres espèces d'intérêt agronomiques comme le maïs ont montré l’intérêt des essais multi-site de plein champ pour l’étude des interactions Génotype x Environnement. L’installation de ce panel est prévue comme la première action du montage d’un réseau international d'étude du panel 279 (cf. plus bas).

> Eléments socio-économiques : Comme d’autres plantes domestiquées, la viticulture est confrontée au double challenge, de réduire sa dépendance vis à vis des intrants minéraux (eau, fertilisants…) et phytosanitaires, tout en évoluant pour s’adapter aux contraintes abiotiques associées au changement climatique (sécheresse, élévation de la température). Le dispositif proposé permet d’aborder ce double challenge scientifique et technique. D’abord parce que le dispositif permet de développer des recherches sur la réponse de la vigne à la contrainte hydrique, de rechercher des caractères d’adaptation à la sécheresse et d’exploiter la diversité existant chez V. vinifera à la recherche de variétés moins dépendantes de la fourniture hydrique. Par ailleurs, une 20aine de génotypes additionnels ont été incorporés dans le dispositif pour représenter une gamme de variétés résistantes aux maladies fongiques en cours de déploiement (ResDur1) ou en cours de sélection (Resdur 2) et quelques espèces de Vitis classiquement utilisés dans l’hybridation interspécifique chez la vigne. Ces génotypes additionnels permettront la comparaison de l’efficacité d'utilisation de l’eau des nouvelles variétés résistantes aux maladies fongiques par rapport à la diversité existante chez V. vinifera.

3) Insertion du projet dans la politique scientifique de Montpellier SupAgro

Le projet émarge sur 2 des 4 axes de recherche transversaux de Montpellier SupAgro, à savoir l’axe 1 (Concevoir des Systèmes Agricoles Durables) et 2 (Assurer la Transition Ecologique). En lien avec le premier axe, il s’agit de développer des outils et des ressources permettant de sélectionner des variétés de vignes moins dépendantes des ressources en eau. En effet, les résultats de ce projet contribueront au maintien de la culture de la vigne à raisin de cuve dans les régions où l’irrigation n’est pas possible où lorsque les arbitrages doivent donner la priorité à d’autres usages de l’eau. L'identification de caractères génétiques d’adaptation à la contrainte hydrique sera également transférable à la sélection de variétés de raisin de table, dont la culture est typiquement gourmande en ressources hydriques. Ce projet contribuera aussi à la problématique de la transition écologique, car le panel inclut des variétés INRAE résistantes aux maladies fongiques en cours de déploiement ou en cours de sélection, que le dispositif permettra de caractériser vis-à-vis de leur tolérance à la sécheresse.

 

4) insertion du projet dans les activités des unités associées au projet

L’UMR AGAP et le CRB Vigne du domaine de Vassal développent des travaux sur la diversité génétique de la vigne et son utilisation pour l’étude des bases génétiques de caractères d’intérêt ou en création variétale. Elle travaille notamment sur l’étude des bases génétiques, moléculaires et biochimiques de la tolérance de la vigne à la sècheresse et dans le cadre de l’UMT GénoVigne contribue à la création de variétés résistantes aux maladies cryptogamiques, plus résilientes face au changement climatique. Afin de développer des travaux de génétique basées sur une approche de génétique d’association, l’équipe DAAV a défini un panel de 279 variétés, représentatif de la diversité génétique de l’espèce cultivée Vitis vinifera. Elle a également développé des pipelines d’analyse génétique permettant la cartographie de QTLs dans ce panel par génétique d’association pangénomique (GWAS) et obtenu des données de génotypage par reséquençage ciblé. Elle dispose également de données de re-séquençage pour plus de 20% des variétés du panel et prépare l’acquisition des séquences complètes pour l’ensemble du panel. Coordonnant le projet ANR G2WAS, la mise en place du panel 279 au vignoble dans un dispositif avec répétitions va permettre de compléter les études génétiques de la tolérance de la vigne à la sècheresse engagées dans l’équipe.  

Au sein de l’UMR LEPSE, l’équipe ETAP cherche à identifier les leviers d’action génétiques et agronomiques qui permettent d’améliorer l’efficience d’utilisation de l’eau dans les systèmes viticoles soumis aux contraintes climatiques et aux limitations d’usage des intrants. Pour cela, l’équipe développe des connaissances sur le fonctionnement physiologique de la canopée et ses conséquences sur l’élaboration de la production. Les résultats sont formalisés et assemblés dans des modèles prédictifs du fonctionnement de la plante entière qui permettent d’évaluer in silico (plateforme de modélisation OpenAlea) l’impact de la variabilité génétique et de certaines pratiques culturales. L’équipe développe des techniques de phénotypage à haut débit sur la vigne en s’appuyant sur les plateformes de phénotypage automatisées développées dans l’unité: elles permettent de travailler dans le même temps sur un grand nombre de cépages différents, dans des conditions climatiques contrôlées, et d’analyser et modéliser la variabilité génétique de la réponse des plantes aux stress environnementaux et aux changements climatiques. Le panel 279 fait l’objet de collaborations étroites entre l’UMR LEPSE et l’UMR AGAP depuis quelques années.

L’UMR SPO a pour objectif de générer des connaissances dans différentes disciplines (chimie, physicochimie, biochimie, microbiologie, génomique…), en privilégiant comme objets d’étude les mécanismes impliqués lors de l’élaboration du vin. Dans un contexte en forte évolution (nouvelles réglementations, respect de l’environnement et de la santé, attentes des acteurs de la filière et des consommateurs), la caractérisation de la diversité des matières premières est au centre de ses activités. Le projet proposé  permettra de travailler sur l’identification de nouveaux marqueurs de qualité du raisin et du vin, le développement des méthodes d’analyses associées et leur transfert vers les plateformes d’analyse de proximité (Pech Rouge).

Les travaux de l’UEPR visent le développement de systèmes vitivinicoles résilients face au changement climatique, à bas niveau d'intrants et produisant des vins adaptés au marché. Ils portent en particulier sur des innovations telles que l'irrigation par eaux usées traitées, la conduite et vinification de variétés résistantes aux maladies, les procédés physiques et microbiologiques alternatifs au SO2, et le phénotypage des ressources génétiques sur la tolérance à la sécheresse, les métabolismes primaires et secondaires de la baie et les aptitudes oenologiques. L’unité propose une approche intégrée du cep au produit conditionné à des échelles pertinentes et transférables (du cep à la parcelle agronomique, et du kilo de raisin à la tonne). Dans le cadre de l’UMT Mini-Cave, l’unité collabore avec l’IFV à la conception d’un outil de vinification en petits volumes adaptés à l’échelle du Panel 279 (cep unique ou petit groupe de ceps). Ce projet permettra de mettre en pratique l’ensemble de ces nouvelles compétences au service du phénotypage des ressources génétiques en appui aux programmes de création variétale portés par l’UMR AGAP et l’UMT Génovigne.

5) Contenu du projet

La KIM Vine & Wine Sciences (iSite MUSE, 2019-2021) a soutenu le démarrage du projet (100 k€), c’est à dire la préparation de la parcelle (1,6 ha), la sélection du matériel végétal (tests virologiques, assainissement des accessions contaminées), son greffage et la plantation de l’essai (prévue début mars 2021). Après 2 campagnes de greffage, 93% des variétés qui sont disponibles au nombre de répétitions ciblées (20 répétitions biologiques) plantées en 4 blocs de 5 souches sur 2 parcelles à fertirrigation différentiable.  L’essai comprend 302 variétés : 279 de V. vinifera du panel d’association, 9 variétés emblématiques des régions Françaises, 7 variétés résistantes au mildiou et à l’oïdium issues du programme français ResDur, et 7 accessions d’espèces américaines et asiatiques de Vitis. La maturité du dispositif (première fructification phénotypable) est donc prévue en 2024-2025, pour une exploitation scientifique optimale sur la période 2025-2035.


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