Stress thermique modéré dans le cadre du projet BreedWheat

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stade de développement du grain en comptant le nombre de jours post-anthèse induirait donc

un biais entre les plantes croissant en température contrôle et celles en stress thermique puisque

ces dernières se développeront plus rapidement. Afin de gommer ce biais, les stades de

développement ont été calculés en degrés Celsius-jours après anthèse (°Cj), une unité qui

correspond à la somme des températures moyennes journalières cumulées à partir du jour de la

première anthèse de l’épi. Cette mesure est facile à calculer et permet d’estimer le stade de

développement des grains de blé de manière homogène entre les conditions.

2.1. Stress thermique modéré dans le cadre du projet BreedWheat

Cette thèse est née suite aux résultats obtenus dans le cadre du projet BreedWheat, publié par

Girousse et al. (2018). Dans le cadre de ce projet, 2 lignées recombinantes quasi-isogéniques

ont été utilisées, toutes 2 issues d’un croisement entre 2 variétés élites de blé tendre (Seri M82

et Babax) présentant une réponse contrastée à la sécheresse et un fort potentiel de rendement

(Pinto et al. 2010). Nous avons travaillé à partir des échantillons obtenus pour l’une de ces 2

lignées recombinantes utilisées dans l’article de Girousse et al. (2018) : SerixBabax 49.

Au sein de ce projet, une culture de blé tendre a été réalisée sous contrainte thermique modérée

appliquée durant les 10 jours suivant l’anthèse. Les échantillons issus de cette expérimentation

ont fait l’objet d’une étude transcriptomique de type microarray et d’un phénotypage qui ont

permis, par analyse de réseaux de co-expression, d’identifier des gènes intervenant dans le

développement du grain et dont l’expression est impactée par une contrainte thermique

modérée.

2.1.1. Dispositif expérimental

Les plants de blé tendre SerixBabax 49 ont été soumis à des conditions de culture naturelles

jusqu’à anthèse puis ont été transférés dans des enceintes de culture fermées alimentées par la

lumière naturelle. La température journalière moyenne était maintenue à 19°C (±1°C) avec une

humidité relative de 83%. Le Maître Brin de chaque plante (premier épi fleuri, noté MB) a été

étiqueté et sa date d’anthèse notée.

Tableau 4 : Niveau de stress hydrique observé dans les parcelles irriguées et soumise à un

stress sécheresse, à l’anthèse et aux 2 stades de prélèvement. Ce niveau de stress est mesuré

à partir de la valeur du facteur de stress hydrique (Ks) calculé comme décrit par Allen et al.

(1998). Un Ks inférieur à 1 est considéré comme un indicateur du stress hydrique, dont la

gravité augmente lorsque la valeur de Ks diminue.

Parcelles contrôles Parcelles stressées

Ks Interprétation Ks Interprétation

Anthèse 0,85 Stresstrèsmodéré 0,36 Stresssévère

250°Cj après anthèse 0,91 Stresstrèsmodéré 0,27 Stresstrèssévère

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Le jour de leur anthèse, 2 régimes de températures ont été appliqués. Les plantes en condition

contrôle ont été conservées à une température basse de 19°C (±1°C) durant tout leur

développement tandis que les autres ont été soumises à un stress thermique modéré de 27°C

(±1°C) de J+2 à J+13 après anthèse, soit durant 10 jours. Ces 10 jours correspondent chez le

blé à la phase de divisions cellulaires du grain (Figure 17).

2.1.2. Etudes transcriptomique, phénotypique et réseau de co-expression

Pour l’analyse transcriptomique, des épis ont été récoltés à 0, 80, 120, 160, 180, 220, 240, 300

et 400°Cj. Les ARN totaux des grains de l’épillet central ont été extraits et une analyse

micro-array a été réalisée sur ces 9 stades. En parallèle, une étude phénotypique (masse fraiche et

sèche, volume, longueur, largeur, épaisseur, comptage du nombre de cellules de l’albumen) a

été réalisée sur les grains basaux d’épis à 300°Cj et à maturité. Une analyse pondérée du réseau

de co-expression de gènes (appelée aussi WGCNA ou Weighted Gene Coexpression Network

Analysis ; Zhang et Horvath 2005) a été réalisée pour constituer des groupes de gènes possédant

le même profil de réponse au cours du développement en condition contrôle et au stress

thermique. Elle a aussi permis de relier les groupes de gènes avec les caractères phénotypiques

observés (cf. (Girousse et al. 2018) pour plus de détails).

2.1.3. Obtention de données d’expression pour 4 gènes TaNAC

Les résultats portant sur l’effet des températures modérées issus du projet Breedwheat ont

conduit à l’identification de 4 facteurs de transcription TaNAC présentant des profils

d’expression évoluant durant le développement du grain et en fonction du stress thermique.

L’expression des 3 homéologues de ces 4 gènes a été suivie par RT-qPCR (Real-Time

quantitative Polymerase Chain Reaction) sur le génotype SerixBabax 49 aux stades 0°Cj, 80°Cj,

120°Cj, 220°Cj (4 stades de la phase division cellulaire) et 300 °Cj (un stade de la phase

remplissage du grain). La méthode de suivi de l’expression des gènes est donnée en Matériel &

Méthode – Partie 3. Les prélèvements ont été centrés sur la phase de division cellulaire du grain

car c’est une période clé qui conditionne ensuite le bon déroulement de la phase de remplissage

du grain.

Figure 22 :

Photographie de la

parcelle soumis à un

stress sécheresse sur la

plateforme Phéno3C,

le 12 juin 2017.

Chaque micro-plot de

cette parcelle contient

un génotype différent ;

à cette période, ils sont

approximativement au

stade de remplissage

du grain. Le stress

hydrique a entrainé la disparition précoce des surfaces photosynthétiques par rapport aux

parcelles contrôles (absentes de la photo). De grosses fissures sont ouvertes au sol. Une station

météo est visible au milieu de la parcelle. En arrière-plan, un abri est visible. Grâce à des rails,

il glissera au-dessus de la parcelle à la moindre pluie.

Figure 23 : Photographie de la

parcelle irriguée sur la plateforme

Phéno3C, le 15 juin 2017. Chaque

micro-plot de cette parcelle contient un

génotype différent ; à cette période, ils

sont approximativement au stade de

remplissage du grain. L’irrigation mise

en place sur cette parcelle a permis aux

plants de conserver des surfaces vertes.

En arrière-plan, le Puy de Dôme ainsi

que l’abri d’une parcelle stressée sont

visibles. L’échelle placée au centre de

la photo mesure 1m60.

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Dans le document Analyse des facteurs de transcription de la famille NAC chez le blé tendre (Triticum aestivum L.) et leur implication dans la réponse à des stress abiotiques (Page 128-132)