Novel traits for breeding well adapted sunflower genotypes to water deficit
Identification de nouveaux traits de sélection pour améliorer la productivité en situation de déficit hydrique chez le tournesol
Résumé
This work was an attempt to assist sunflower breeding program by crop physiology knowledge to sustain and to improve productivity under water deficit. The approach was based on using SUNFLO-CLIMATOR, a biophysical crop modelling to identify the limiting factors to plant productivity. These factors were considered as potential new traits for breeding program. Their assessment for this objective corresponded to four criteria: genotypic variability, impact on plant productivity, heritability and simplified phenotyping method. Thus, traits related to genotypic parameters of three processes were analysed: phenology, architecture and soil water uptake. Their variability was evaluated on field and greenhouse experiments carried out with 19 inbred lines and 125 hybrids. Sensitivity analysis of plant yield, simulated with SUNFLO-CLIMATOR model, was then done to estimate the impact of the parameter variability among the studied genotypes. Quantitative genetic analyses were used to evaluate their heritability and the combining ability of the parental inbred lines.Large phenotypic variability was observed for each parameter with a significant “genotype” effect. Thermal time for flowering displayed high heritability about H² = 0.78. Thermal time to physiological maturity (M3) displayed high environmental effect on its variability. Its genotypic variability would probably need new way of modelling such as the development of a seed growth module. Architectural traits related to canopy size and shape presented also lower heritability (0.20 ≤ H² ≤ 0.39) and their impact on plant productivity depends on their interaction. However the trait position of the largest leaf A2gen and its leaf area A3gen could be yet used to screen the best inbred lines for improving radiation interception efficiency of the hybrids during the grain-filling phase.Root depth is a relevant trait for deeper soil. Its access remains difficult and time consuming. For shallower or medium depth soil, higher water extraction capacity seemed allow higher plant yield with linear relationship about 0.8 – 1.5 q ha-1 more per 1% decrease of soil water content minimal for water extraction. The index of water extraction (IEgen) displayed high value of heritability (0.77 ≤ H² ≤ 0.83). The genotypic parameters A2gen, A3gen, IEgen were confirmed with genetic resources to enhance plant productivity under water deficit. Research for their molecular marker would be a next step for this work and an issue for a new selection assisted by marker molecular and plant modelling.
Le développement de variétés productives et adaptées aux conditions de déficit hydrique est toujours au cœur du défi de l'amélioration variétale chez le tournesol. Pour une nouvelle orientation de la sélection, ce travail se propose d'identifier de nouvelles cibles phénotypiques au travers d'une démarche couplant le phénotypage écophysiologique, la modélisation biophysique et la génétique quantitative. Les cibles potentielles ont été identifiées sur la base de leur variabilité génotypique, leur impact sur le rendement, leur héritabilité et leur facilité de mesure. Des paramètres génotypiques du modèle SUNFLO-CLIMATOR relatifs à la phénologie, l'architecture foliaire et l'accès aux réserves hydriques du sol ont été testés. 19 lignées et 125 hybrides ont été phénotypés au champ et sous serre. La structure génétique des populations d'hybrides a permis d'évaluer l'héritabilité des paramètres génotypiques et leur mode de transmission.La date thermique de la floraison a présenté la variabilité génotypique la plus restreinte, mais l'héritabilité la plus élevée (H²=0.78). Ce trait est un bon indicateur de la précocité de la floraison mais peu pertinent pour améliorer la précocité à la maturité. La date de la maturité physiologique a présenté un déterminisme environnemental important et une amélioration de sa représentation dans le modèle est nécessaire. Les traits caractéristiques de l'architecture ont présenté la plus grande variabilité génotypique. Leur héritabilité était par contre peu élevée (0.20 ≤ H² ≤ 0.39). L'interaction des traits architecturaux était plus importante que leur contribution individuelle dans la variabilité de la productivité. Des investigations plus approfondies sur l'interaction des traits d'architecture devraient apporter plus de précision sur la stratégie d'intégration de ces caractères en sélection. L'utilisation du trait, position de la plus grande feuille, A2gen, et surface foliaire de la plus grande feuille, A3gen, en sélection sur valeur propre des lignées, peut cependant déjà permettre une amélioration de l'efficience d'interception des hybrides durant la phase reproductive et particulièrement dans des conditions de déficit hydrique en fin de cycle. Le trait Indice d'extraction de l'eau IEgen caractéristique de la capacité d'extraction de l'eau du sol, constitue le trait le plus prometteur. Il présente une héritabilité élevée (0.77 ≤ H² ≤ 0.83). La réponse du rendement à sa variabilité est linéaire, avec un gain de 0.8 à 1.5 q ha-1 pour une augmentation de 1 % de la teneur en eau minimale d'extraction de l'eau.La recherche de marqueurs moléculaires pour ces paramètres génotypiques d'intérêt peut être faite et dans le but d'une stratégie de sélection assistée par la modélisation biophysique et le marquage moléculaire.