Prédire la productivité des grains de blé

Une équipe de chercheurs, emmenée par Guillaume Tcherkez, membre de l’IRHS, a montré que la teneur en carbone 13 pouvait servir à prévoir le potentiel de développement d’une semence de blé. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans Plant Cell and Environment.

Peut-on déterminer le potentiel de développement d’une plante en regardant la composition de la graine qui lui donne naissance ? Guillaume Tcherkez en est persuadé. C’est le défi du projet qu’il porte, intitulé « Isoseed » : « L’objectif est de voir si l’on peut trouver des marqueurs isotopiques naturels qui permettent de déterminer la qualité des semences », et donc le potentiel de croissance ou le rendement.

Non radioactif et stable, le carbone 13 (¹³C) est un isotope lourd naturel du carbone (le carbone 12, ¹²C, qui est la forme majoritaire dans la nature). Il possède le même nombre de protons (six), mais compte un neutron de plus que le ¹²C (sept au lieu de six). Résultat : des propriétés physiques différentes, repérables grâce à la résonance magnétique nucléaire ou la spectrométrie de masse isotopique.

Sélection variétale

Dans les années 1980, des chercheurs australiens se sont intéressés au carbone 13, naturellement présent dans les plantes. « Ils ont montré que l’abondance naturelle en ¹³C dans les feuilles reflétait l’efficacité d’utilisation de l’eau par la plante, rappelle Guillaume Tcherkez, qui a exercé ses talents à l’Australian National University, à Canberra, avant de rejoindre Angers, via le dispositif régional Connect Talent. Cela a permis de sélectionner des variétés de blé résistantes au stress hydrique ».

Avec l’équipe SMS (Seedling, Metabolism and Stress) de l'Institut de recherche en horticulture et semences (IRHS), le professeur de physiologie végétale métabolique a eu l’idée de s’intéresser non plus uniquement aux feuilles, mais aux grains de blé. « La composition isotopique des grains n’avait jamais été exploitée ». En s’appuyant sur des données collectées par Arvalis - Institut du végétal, l’équipe de recherche a pu établir un modèle mathématique qui, quel que soit le site ou les conditions de culture, permet d’anticiper la part du ¹³C que la plante va consacrér à chacun des processus métaboliques : respiration, fabrication de feuilles, fabrication de grains… « C’est la première étude qui montre cela. Pour faire simple, résume Guillaume Tcherkez, nos travaux aboutissent à la conclusion que plus le ¹³C est rare dans le grain de blé, plus le rendement en grain sera élevé à la récolte ».

La détection de ce marqueur isotopique, peu coûteuse et relativement facile à réaliser grâce aux technologies modernes, pourrait faciliter la sélection de variétés de blé plus productives. 

Recherches complémentaires

Les résultats de ces recherches ont fait l’objet d’un article paru en mai 2022 dans la revue Plant and Cell Environment (lire l’article).

Dans le prolongement, des recherches complémentaires vont être menées avec le site Inrae de Rennes. Il s’agira de conforter les premières conclusions, notamment en prenant en compte la composition isotopique d’autres éléments constitutifs du blé, comme la paille.