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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR 1332 - Biologie du Fruit et Pathologie

UMR 1332 Biologie du Fruit et Pathologie

Equipe Adaptation du Cerisier au Changement Climatique (A3C)

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Responsable: Elisabeth Dirlewanger (elisabeth.dirlewanger@inra.fr)

Présentation et objectifs de recherches :

L’équipe Adaptation du Cerisier au Changement Climatique (A3C) est rattachée au Département Biologie et Amélioration des Plantes (BAP). Les recherches menées par l’équipe A3C visent à comprendre les réponses adaptatives du cerisier au changement climatique. Ce changement se caractérise par une élévation de la température déjà observable et une évolution des précipitations, avec notamment une augmentation des phénomènes pluvieux orageux pendant le printemps et l’été. L’objectif principal du projet de l’équipe A3C est de répondre aux questions scientifiques suivantes : Quels sont les mécanismes physiologiques impliqués dans la réponse à l’élévation de la température ? Quels sont les déterminants génétiques, les mécanismes épigénétiques et moléculaires impliqués dans la variation des caractères liés à la réponse du cerisier soumis à des contraintes environnementales ? Quels sont les données génétiques, epigénétiques, phénotypiques et climatiques à prendre en compte pour prédire les étapes clés de la phénologie et permettre de créer des variétés adaptées aux conditions climatiques futures ?

L’étude des réponses adaptatives du cerisier au changement climatique repose sur des dispositifs multi-sites et sur des expérimentations en conditions contrôlées permettant d’analyser les interactions génétique x environnement (GxE). Le projet comprend l’analyse des caractères de phénologie (besoins en froid et en chaud, dates de floraison et de maturité des fruits) et de qualité du fruit (tolérance à l’éclatement, poids et fermeté) ainsi que des caractères en lien avec la productivité. Il vise à terme à mettre en place une sélection assistée par marqueurs pour favoriser le choix et la création de matériel végétal adapté aux nouvelles conditions climatiques et produisant des fruits de qualité. L’enjeu économique et sociétal de ces recherches est le maintien, voire l’expansion, de la production de cerisier dans les régions traditionnelles de culture du cerisier et la prospection de nouvelles régions qui deviendront propices à cette culture.

Pour conduire ses recherches l’équipe A3C s’appuie sur l’Unité Expérimentale Arboricole (UEA) du centre INRA Bordeaux-Aquitaine mais également sur des sites répartis en Europe, dispositifs mise en place grâce au réseau COST (Action FA1104, https://www.bordeaux.inra.fr/cherry) qui était coordonné par l’équipe de 2012 à 2016.

En parallèle de ses activités de recherche sur le cerisier, l’équipe s’investit également depuis trois ans sur le noyer, dans le but d’exploiter la collection de ressources génétiques Juglans maintenue à l’INRA depuis de nombreuses années et de contribuer à la relance d’un programme de création variétale par des partenaires privés. Elle participe également à des recherches sur le prunier, espèce solidement implantée en Nouvelle Aquitaine, dont le but est d’appréhender la variabilité de l’espèce pour des caractères fortement impactés par le changement climatique tels que la phénologie (besoins en froid) et la qualité du fruit (éclatement du fruit). Elle contribue aussi à l’étude de la diversité du prunier dans le cadre de collaborations avec des pays de l’Europe de l’Est, zone importante de diversification de cette espèce. Par ailleurs, elle participe à des études menées sur le châtaignier en collaboration avec l’UMR Biogeco responsable dorénavant de la collection de ressources génétiques de cette espèce. 

Axes de Recherches :

1 - Etude de la phénologie du cerisier en lien avec le réchauffement climatique

Chez les espèces fruitières, la floraison est un évènement majeur, dont le bon déroulement influencera la productivité ainsi que la qualité des fruits. La phénologie de la floraison est sous la dépendance directe d’une sortie adéquate de dormance, période de repos déclenchée par la baisse de la température chez les Rosacées et donc étape clé de la phénologie. Toutefois, la progression de la dormance est invisible à l’œil nu et de nouveaux marqueurs (biochimiques, moléculaires et épigénétiques) sont recherchés pour caractériser la dormance. Nous développons des techniques de phénotypage avancées, telles que le dosage de métabolites ou la transcriptomique pour suivre de façon fine les stades de dormance.

Phénologie du cerisier

Nous menons également des approches pluridisciplinaires pour la recherche de gènes candidats impliqués dans la dormance des bourgeons :

1) En analysant les profils d’expression des gènes, par RNA-seq et qRT-PCR, dans les bourgeons de cerisier à différents stades de dormance (de l’entrée en dormance jusqu’à la floraison), dans des variétés contrastées pour leur date de floraison, en conditions naturelles ou contrôlées, nous identifions des gènes candidats fonctionnels impliqués dans la régulation de la dormance et la réponse à la température.

2) A partir des régions des QTL identifiées soit en utilisant des descendances F1 en ségrégation pour les caractères étudiés, soit une core-collection de ressources génétiques suite à une analyse de génétique d’association, nous identifions des gènes candidats positionnels. Une des descendances, implantée dans plusieurs pays avec des climats contrastés permet d’évaluer la stabilité des QTL détectés, de sélectionner les gènes candidats positionnels les plus robustes et d’étudier les interactions génotype x environnement.

2 - La qualité de la cerise

L’augmentation des phénomènes pluvieux orageux pendant le printemps et l’été a déjà été observée ces dernières années. De fortes précipitations au printemps ont entrainé des pertes de plus de 80% de la récolte suite à l’éclatement des fruits. Une attention particulière est donc portée à la tolérance à l’éclatement de la cerise provoqué par la pluie qui constitue actuellement le problème agronomique majeur chez le cerisier.

Eclatement

Le phénotypage de l’éclatement du fruit utilisé jusqu’à présent se base sur des observations visuelles très fastidieuses puisqu’il est nécessaire d’observer un grand nombre de cerises par génotype pour bien discriminer les différents types d’éclatement existants (voir figure ci-dessus). Des approches phénotypiques plus fines sont en cours d’étude, de façon à permettre une dissection de la tolérance à l’éclatement. Il s’agit de caractériser des composants des parois cellulaires ainsi que les principaux métabolites des fruits de cerise (approches de métabolomique à haut débit). Des corrélations entre la variation de ces caractères et la tolérance à l’éclatement seront calculées. Pour les voies métaboliques potentiellement impliquées dans la tolérance à l’éclatement, des co-localisations entre GC et QTL seront recherchées.

Le déterminisme génétique de la tolérance à l’éclatement mais également des caractères de qualité incontournables pour la cerise tels que le poids du fruit, la fermeté et la teneur en sucres et acides, caractères extrêmement complexes, sont étudiés par des méthodes classiques de cartographie, de détection de QTL et de génétique d’association. Dans une deuxième étape, des tests multi-site et des expériences en conditions contrôlées permettront d’étudier plus finement l’interaction entre ces caractères et les conditions climatiques.

3. Développement de modèles prédictifs

Dans le cadre de la stratégie d’amélioration du cerisier et en particulier l’obtention de variétés mieux adaptées aux futures conditions climatiques, le principal problème qui se pose actuellement est notre incapacité à tester les arbres sous des conditions climatiques qui n’existent pas encore. Un des moyens pour contourner ce problème est de développer un modèle qui permettra de prédire le comportement d’un génotype donné dans des conditions environnementales fictives. Le développement de modèles nécessite un grand nombre de données et nous avons collecté un large jeu de données de floraison issues de sites expérimentaux français et européens dans cet objectif. Des modèles phénologiques sont actuellement en cours d’optimisation pour le cerisier doux.

Toutefois, une des limites des modèles actuels est qu’ils ne reposent pas sur les mécanismes connus. Nous développons des modèles de réseaux de gènes, intégrant ces mécanismes impliqués dans la réponse développementale du cerisier aux conditions environnementales, à partir des voies de signalisation clés identifiées par un ensemble d’approches (génétique, transcriptomique, épigénétique, physiologique et métabolomique).

Des approches de modélisation sont ainsi développées de façon à prédire le comportement des génotypes pour la phénologie et l’éclatement et à contribuer au développement de variétés adaptées aux futures conditions climatiques.

4. Recherche sur des espèces fruitières pérennes, autres que le cerisier

Pour répondre à des questions de recherche comparables à celles abordées pour le cerisier, l’équipe A3C met à profit ses compétences sur d’autres espèces fruitières pérennes telles que le noyer, le prunier et le châtaignier. Toutes ces recherches reposent sur l’étude de collections de ressources génétiques dont la plupart sont disponibles à l’INRA.

Une collection de ressources génétiques noyer INRA, résultant d’un important travail de prospection réalisé par E. Germain entre 1988 et 2000 dans de nombreux pays du monde, est maintenue dans le Centre de Ressources Biologiques Prunus-Juglans située au sein de l’Unité Expérimentale Arboricole (sites de Toulenne en Gironde et Bourran, en Lot-et-Garonne). Cette collection d’une grande richesse représente une grande partie des espèces du genre Juglans. L’objectif des études menées depuis trois ans sur le noyer, réalisées dans le cadre d’une thèse Cifre en collaboration avec le Ctifl, visent à caractériser la diversité de cette collection, à constituer une base de données de phénotypage et génotypage sur ce matériel et d’identifier les régions du génome contrôlant des caractères d’intérêt agronomique. Ces travaux sont soutenus par la Région Nouvelle-Aquitaine (Projet InovNoyer). A terme, l’objectif est d’initier, avec des partenaires privés, un nouveau programme de création variétale chez le noyer pour répondre à la demande de la profession.

La collection de ressources génétiques prunier INRA du CRB Prunus-Juglans a également été étudiée dans le cadre d’un projet Région Aquitaine (AquiPru) pour des caractères fortement impactés par les changements climatiques, besoins en froid et en chaleur et sensibilité à l’éclatement des fruits, dans le but d’identifier des variétés adaptées aux climats à venir. De plus, depuis deux ans, l’équipe participe à l’étude de la diversité d’une collection de pruniers cultivés et d’espèces apparentées en provenance de Slovénie, dans le cadre d’une thèse réalisée à l’Université de Maribor et co-encadrée par l’équipe A3C.

Pour le châtaignier, les recherches sur la diversité conduites par le passé ont permis la caractérisation d’une partie de la collection INRA de ressources génétiques de cette espèce. Cette caractérisation est actuellement complétée dans le cadre d’une thèse visant à comprendre « La limitation par le pollen de la production fruitière chez le châtaignier » (thèse Cifre-Université de Bordeaux) pilotée par l’UMR Biogeco et à laquelle A3C apporte ses connaissances de l’espèce. Par ailleurs, en accord avec les décisions stratégiques de l’INRA, la collection de ressources génétiques châtaignier, à terme identifiée, caractérisée et authentifiée sera mise à la disposition de la profession, si possible sur deux sites correspondant aux deux bassins de production (Sud-Ouest et Sud-Est).  Ainsi ce patrimoine irremplaçable sera sauvegardé et pourra bénéficier aux producteurs. Enfin, l’équipe A3C s’investit avec l’UMR Biogeco sur deux axes de recherche : il s’agit d’une part d’identifier les régions génomiques impliquées dans la variation de la résistance au Phythophtora sp, responsable de la maladie de l'encre chez le châtaignier (Projet région DIGIE 2018-2021). D’autre part, le programme ELITE conduit en étroite collaboration avec les professionnels des deux bassins de production, vise à identifier et caractériser des candidats porte-greffe de châtaignier indigène résistants à la maladie de l’encre. Dans un contexte de changement climatique (sécheresse accrue, recrudescence de la maladie de l’encre), ces porte-greffes sont indispensables au maintien de la culture de variétés traditionnelles de châtaignier dans le Sud Est et la Corse.

Programme d’innovation variétale

Outre ses activités de recherche, l’équipe A3C conduit un programme d’Innovation Variétale et mène des activités d’expertise pour le compte du GEVES :

1. Méthodologie de l’innovation variétale

Le programme d’innovation variétale conduit sur le Cerisier met l’accent sur la méthodologie de la sélection. La mise en place d’une stratégie de sélection assistée par marqueurs (SAM) doit permettre d’établir le lien entre les résultats sur le déterminisme génétique des principaux caractères d’intérêt agronomique chez le cerisier et la conduite d’un programme de création variétale. Il s’agit d’intégrer les informations moléculaires pour pouvoir sélectionner les hybrides les plus prometteurs, via des activités de génotypage, à un stade précoce. Cette démarche est d’autant plus intéressante que le cerisier présente une phase juvénile relativement longue, puisqu’il faut attendre de 4 à 5 ans après semis des graines hybrides pour pouvoir observer les premiers fruits. La SAM est actuellement utilisée en routine pour le poids du fruit et l’autofertilité et est en cours de développement pour les caractères liés au changement climatique tels que les besoins en froid (faibles besoins pour faire face au réchauffement climatique) et besoins en chaud (forts besoins pour éviter les gelées printanières) ou la tolérance à l’éclatement. Les stratégies de sélection génomique sont également en cours d’exploration.

Le programme de création variétale cerisier s’intègre plus largement dans le projet Innovafruit, financé par l’INRA et sa filiale Agri-Obtentions, et qui intègre aussi les espèces suivantes : pommier, poirier, abricotier, pêcher, porte-greffes Pyrus et porte-greffes Prunus. Ce projet a été lancé en 2011 et a déjà été financé pour deux périodes quinquennales. En outre, A3C s’appuie aussi sur une collaboration étroite avec CEP Innovation, partenaire privé formé par un consortium de pépiniéristes français, qui cofinance une partie du programme depuis 2011 et devient aussi co-obtenteur des futures variétés commerciales. A court-moyen terme, il est prévu un transfert progressif des activités aval du programme vers CEP Innovation, notamment pour ce qui concerne la sélection phénotypique des hybrides en plein champ. Enfin, la réalisation des croisements pour la création de gammes commerciales sera progressivement prise en charge par CEP Innovation, A3C se concentrant alors sur des croisements plus prospectifs, au moyen d’approches de pre-breeding

2. DHS

L’équipe A3C réalise pour le compte du GEVES les examens de DHS (Distinction, Homogénéité, Stabilité) pour le cerisier et ses porte-greffes. Les examens DHS consistent à étudier pendant plusieurs années les nouvelles variétés selon des descripteurs bien définis et à confirmer que la demande d’inscription au catalogue officiel est bien recevable. L’activité DHS contribue donc à l’obtention d’un COV (Certificat d’Obtention Végétale nationale ou européen) ou à l’inscription au catalogue officiel des variétés. En lien avec cette expertise et celle sur l’innovation variétale, l’équipe A3C participe à des instances réglementaires telles que la Section ‘Arbres Fruitiers’ du CTPS (Comité Technique Permanent de la Sélection des plantes cultivées).