Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels'

Lyon, 27-28 Mars 2008

Quand l'architecture de la plante et du couvert pilote les épidémies

Qu'attendre d'une approche 'plantes et peuplements virtuels' en phytopathologie?

Bernard Tivoli et Agnès CalonnecUMR BiO3P, Rennes-Le Rheu & UMR SV, Bordeaux

Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels'

Lyon, 27-28 Mars 2008

Quand l'architecture de la plante et du couvert pilote les épidémies

Placer la plante et/ou le couvert végétal (architecture) avec éventuellement ses caractéristiques de résistance (résistance partielle, tolérance) au cœur du système de protection..

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Un exemple de développement épidémique d’une maladie polycyclique

L'ascochytose de la féverole

Primary inoculum- Seeds- (Volunteers)

Splash dispersalShort distance

Fungal survival

Pycnospores

Pycnospores

Disease epidemic

Disease initiation

Secondary inoculum

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Le cycle de base de la maladie . . .. . . une suite de processus complexes

InterceptionInoculum

ContaminationGerminationPénétration

Développement des symptômes Fructification

DispersionEchelle organeEchelle planteEchelle couvert

Synchronisme disponibilité inoculum/présence organes cibles

• Dynamique inoculum I et II• Dynamique de mise en place des organes de la plante (phénologie) au sein du couvert

• Sensibilité intrinsèque• Microclimat (T, durée d’humectation)

• Sensibilité intrinsèque• Microclimat (T, durée d’humectation)

• Sensibilité intrinsèque• Microclimat (T, durée d’humectation)• Sénescence

Asexuée

Sexuée

Dispersion par splashing à courte distance

• Sensibilité intrinsèque• Microclimat (T, durée d’humectation)

• Pluie

Dispersion anémophile à courte/longue distance

• Vent• Turbulences

Architecture de la plante (taille, position des organes)

Architecture du couvert (nombre, agencement des plantes)

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Enjeu

Quelles conséquences pour les processus épidémiques ?

- comment l'inoculum sera-t-il intercepté ? - comment l'épidémie évoluera-t-elle en fonction des évènements favorables et

de conditions induites par le couvert (microclimat par exemple) ?

La modification de l'architecture repose sur :

- le rythme de développement et croissance de certains organes

- les interventions mécaniques(conduite de cultures : tailles,

élagages, arcures, . . .)(interventions en cours de

saison : écimages, échardage)- les interventions culturales :

densités, associations végétales- les génotypes utilisés : hauteur,

ramifications . . .

Etablir le lien entre dynamique de mise en place de l'architecture, la disponibilité de l'inoculum et la dynamique de l'épidémie

Binôme complexe et nécessité de recourir à la modélisation

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Objectif et questions de recherche

Modéliser les interactions dynamiques entre le développement de la plante et le développement des épidémies

Trois questions

Comment l’architecture pilote-t-elle l’épidémie ?Comment cette épidémie est-elle limitée par la résistance de la plante aux maladies ?Comment ce développement épidémique conduit-il à des pertes de récolte?

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La représentation des plantes (0)

Une questionComment représenter la plante et le couvert à des fins d'utilisation dans la compréhension des phénomènes épidémiologiques?

Un constatLa maladie se développe sur un support qu'il faut représenter

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La représentation des plantes (1)

Des clés de lecture basées sur des interactions déterminantes pour le développement des épidémies :

- structure/ microclimat et infection/extension ? Différentiel micro-mésoclimat- structure et dispersion ? Effet barrière/effet relai- physiologie et lésions ? Résistance ontogénique, réceptivité des tissus âgés

Eléments de l'architecture susceptibles d'avoir un rôle majeur dans le développement épidémique (distance, hauteur, ramification, densité feuillage) ?

Une représentation plus ou moins explicite « qui fasse parler la maladie »

Qui réponde à la problématique posée : épidémiologie vs écophysiologie vs bioclimatologie

‘Tri' nécessaire parmi les connaissances 'plante' et 'épidémiologie' relatives au problème posé

Réflexion pluridisciplinaire et émergence d'hypothèses fortes

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La représentation des plantes (2)Des exemples

Une meilleure visualisation/perception de l’interaction et une représentation des conséquences de la modification des caractéristiques du couvert

Stylosanthus/anthracnose(Wilson & Chakraborty, 1998)

Blé/septoriose(Lovell et al., 1997)

Colza/(Pielaat et al., 2001)

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D’autres phénomènes à représenter . . .Exemple du mildiou de la pomme de terre

(UMRs APBV et BiO3P, Rennes)

Détecter les facteurs architecturaux qui ont un effet significatif sur le développement de la maladie (portrait robot)

- le port: érigé et horizontal - la longueur des entre-nœuds: plantes compactes vs plantes aérées- la surface foliaire et l’angle d’insertion des feuilles sur la tige- la résistance intrinsèque- la vigueur en lien avec tardivité/précocité

Comprendre l’influence du pathogène sur l’architecture de la plante- effet du pathogène sur le tubercule ou sur la tige : la plante prend un port

buissonnant extrêmement ramifié (levée de dormance et/ou de dominance apicale)

Gérer les deux conséquences contradictoires- stratégie d’évitement : apparition de feuillage nouveau au fur et à mesure

que la maladie progresse sur les feuilles contaminées- un port buissonnant compact qui peut relancer l’épidémie (augmentation de

l’hygrométrie).

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Un cahier des charges pour un modèle mécaniste

Trois caractéristiques principales

• modèle mécaniste à vocation de recherche incluant des paramètres d'entrée liés à la plante (phénotype, mode de conduite) et à la maladie (date d'apparition, sévérité, . . .)

• modèle simplifié ne prenant en compte que les paramètres indispensables explicatifs d'une observation globale. La question étant de définir le degré de simplification acceptable

• modèle permettant d'élaborer des scénarii d'applications agronomiques telles que la conception d'un idéotype (plante robot) adapté à différentes situations pédoclimatiques ou d'une pratique culturale économe en intrants phytosanitaires.

Construire un modèle mécaniste générique

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- la définition de critères architecturaux à prendre en compte lors du développement épidémique

- la mise en place de modèles pertinents de représentation (3D, autres) pour les études épidémiologiques

- la modélisation des dynamiques de développement architecturaux et de développement épidémiques (aide à l'élaboration d'hypothèses)

- la conception de conduites culturales économes en intrants

- la conception d'idéotypes prenant en compte l'architecture, moins favorables au développement des bioagresseurs.

Les résultats attendus

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- par les équipes sur plusieurs pathosystèmes- Blé/maladies fongiques aériennes- Pois/ascochytose- Igname/anthracnose- Pomme de terre/mildiou- Vigne/oïdium- Pommier/tavelure- Pommier/carpocapse

- au sein du réseau EpiArch (cf. atelier du 28 mars)

- se concrétise par le dépôt de projets ANR

Une réflexion en cours

Exposés ‘flash’

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Que retenir?

- un besoin avéré de représentation

- une nécessité de simplification

- une démarche sur objectifex objectif ‘épidémiologie’ vs ‘écophysiologie’ vs ‘microclimatologie’

- une démarche pluridisciplinaire

- représentation d'un état physiologique