Un « labo RMN mobile » pour suivre le développement du colza en plein champ

Dans un contexte de réduction de l’utilisation des engrais, les scientifiques analysent de près les processus en jeu dans l’efficacité de la mobilisation de l’azote chez le colza, plante gourmande. Irstea, en collaboration avec l’UMR IGEPP[1], a mis au point un laboratoire RMN mobile, véritable dispositif embarqué pour suivre le développement de la plante dans ses conditions environnementales naturelles. Un travail réalisé dans le cadre du projet Investissement d’Avenir Rapsodyn.

Cinq millions de tonnes de colza sont produites chaque année en France pour répondre à une demande croissante en huile. Cette plante oléagineuse nécessite des apports élevés en azote, or celui-ci représente un coût financier important pour les agriculteurs et est responsable de pollutions des sols et milieux aquatiques. Au-delà d’un impact sur le rendement des grains, une carence en azote peut aussi affecter la réponse des plantes aux aléas environnementaux, comme un stress hydrique. Dès lors, comment sélectionner les variétés de colza qui utilisent efficacement l’azote au cours de leur développement ? De nouveaux outils de phénotypage[2] sont nécessaires pour analyser et mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l’efficacité de l’utilisation de l’azote par la plante, et l’élaboration du rendement. Les scientifiques du projet Rapsodyn (2012–2019) s’y emploient, en vue d’identifier à terme, des variétés de colza performantes en conditions d’intrants azotés limités.  

La Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN) est une technique non destructive et non invasive pertinente pour déterminer la quantité d’eau et la qualité des tissus des végétaux. Employée en laboratoire, son utilisation en conditions extérieures est essentielle pour analyser plus finement les réponses des plantes aux stress, mais elle se heurte à des limites techniques.

Experts en imagerie et spectroscopie, les chercheurs d’Irstea ont mis au point un « laboratoire RMN mobile » composé d’un spectromètre équipé d’une sonde thermostatique, un plan de travail et un poste informatique pour contrôler le bon déroulement des mesures. Ce dispositif « tout terrain » est le fruit d’une collaboration de longue date entre l’équipe IRMFood d’Irstea Rennes et l’UMR IGEPP. L’objectif de cet équipement ? Analyser en plein champ, les changements structuraux associés au développement des tissus foliaires de plantes de colza, en réponse à une carence en azote ou un stress hydrique. 

Vers un outil de phénotypage

Dans le cadre d’une expérimentation dont les résultats sont publiés dans Plant Methods[3], les chercheurs ont ainsi utilisé une méthode de relaxométrie RMN pour mesurer en plein champ, sur des plantes de colza du génotype Aviso, les changements structuraux des tissus foliaires associés au développement et à la sénescence[4], stade crucial au cours duquel la plante remobilise l’azote. Cette méthode est basée sur une connaissance de la répartition de l’eau dans les compartiments cellulaires des feuilles. Malgré la forte variabilité des facteurs environnementaux (exposition à la lumière, températures…), ces changements suivent une évolution similaire à celle observée chez les plantes cultivées en conditions contrôlées (laboratoire).

« Cette méthode de relaxométrie RMN fournit de façon rapide et sans perturber la culture, des indicateurs robustes sur la structure foliaire » indique Maja Musse, chercheuse à Irstea. « C’est un bon marqueur du stade de développement de la feuille ». La démarche a depuis fait l’objet de prestation de recherche pour étudier l’impact de stress hydrique sur le développement des tissus foliaires, dans le cas de l’offre de plate-forme PRISM[5] à laquelle participe Irstea.

Les chercheurs poursuivront leurs analyses avec ce laboratoire RMN mobile, pour mieux comprendre le fonctionnement du colza sous faible apport en azote et rechercher, par une étude comparative de plusieurs génotypes, des variations génétiques dans la réponse à cette contrainte environnementale. Une version 4X4 du laboratoire mobile sera opérationnelle en 2018 pour une utilisation plus large du dispositif. Cette nouvelle offre sera prise en charge par la plate-forme PRISM et complètera ainsi l’offre de l’infrastructure de nationale ANAEE « Analyses et Expérimentations pour les Ecosystèmes ». 

En savoir plus

[1] UMR INRA – Agrocampus – Université de Rennes 1, équipe RCA

[2] Le phénotypage consiste à caractériser les plantes dans leur environnement en vue de la sélection génétique

[3] Maja Musse, Laurent Leport, Mireille Cambert, William Debrandt, Clément Sorin, Alain Bouchereau and François Mariette. A mobile NMR lab for leaf phenotyping in the field, Plant Methods, 2017

[4] Dernier stade de développement de la feuille 

[5] Labellisée IBISA et Biogenouest