Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Titre de l'écran-titre (visionné le 13 janvier 2010). Bibliogr.

Ce projet avait pour but d’étudier la contribution respective des parties racinaires et aériennes de quatre espèces de cultures de couverture (CC) (seigle d’automne (Secale cereale L.), radis fourrager (Raphanus sativus L.), vesce commune (Vicia sativa L.) et pois fourrager (Pisum sativum L.)) implantées en dérobée durant l’automne sur la productivité d’un blé de printemps (Triticum aestivum L.) l’année subséquente. Durant les deux années de l’expérience, répétées sur deux sites adjacents (2016-2017 et 2017-2018) à la Station agronomique de l’Université Laval, située à Saint-Augustin-de-Desmaures (Qc), le contenu en azote (N) minéral du sol, la biomasse sèche et la concentration en N et en carbone (C) des parties racinaires et aériennes des CC ainsi que les rendements et le contenu en N du blé ont été déterminés. Parmi les CC étudiées, le radis et le pois sont les deux espèces qui ont produit la plus forte biomasse sèche totale (aérienne et racinaire) alors que c’est le radis qui a produit la biomasse racinaire la plus élevée. La vesce commune avait une concentration en N plus élevée que les autres espèces dans ses parties aériennes alors qu’elle avait une concentration en N similaire au radis et au pois dans ses racines. Au moment de la destruction du pois et de la vesce, le contenu en N minéral dans les 15 premiers cm du sol de ces espèces était plus élevé que celui du radis et du seigle. Le contenu en N minéral dans les 45 premiers cm du sol était significativement plus élevé au semis du blé dans les traitements d’incorporation des CC entières par rapport aux traitements d’incorporation des parties aériennes ou racinaires seules. En 2017, les rendements du blé étaient plus élevés suite à l’incorporation des CC entières que suite à l’incorporation des parties aériennes ou racinaires seules.

Les prédictions du réseau intergouvernemental sur les changements climatiques indiquent que la concentration ambiante de dioxyde de carbone (CO2) d'environ 350 µm.mol-1 va doubler d'ici la fin du siècle. Cette hausse de CO2 combinée au réchauffement de la température va avoir un effet drastique sur l'agriculture et les écosystèmes. Grâce à leur grande variabilité génétique, le blé (Triticum aestivum) et le seigle (Secale cereale) sont très adaptés aux stress abiotiques et biotiques. Les variétés d'hiver capables de s'acclimater au froid sont plus résistantes aux basses températures. Cette meilleure capacité de tolérance pourrait-elle conférer un avantage durant la croissance et le développement des céréales soumis aux concentrations élevées de CO2 de 700 µm.mol-1? La comparaison des processus physiologiques, biochimiques et moléculaires associés à la réponse du blé et du seigle non acclimatés et acclimatés au froid durant leur croissance et développement en concentrations ambiantes et élevées de CO2 ont été l'objet de notre étude. Dans le premier article de ce travail, nous avons comparé la contribution des effets de la plasticité phénotypique observée au niveau des feuilles et de la plante entière avec les effets biochimiques et moléculaires sur la performance photosynthétique et l'utilisation de l'eau des cultivars hivernaux et printaniers de blé (cv Norstar et cv Katepwa) et de seigle (cv Musketer et cv SR4A) non-acclimatés (20°C) et acclimatés au froid (5°C). Le blé et le seigle d'hiver acclimatés au froid présentent des hausses de 22 et 44% de leur activité photosynthétique maximale (Asat) et du double de leur efficacité d'utilisation de l'eau. Les sucres produits par la photosynthèse sont exportés au niveau des organes de réserve et de la paroi cellulaire. Les analyses biochimiques et moléculaires montrent que les céréales d'hiver acclimatées au froid augmentent leur efficacité et taux de transfert d'électrons photosynthétiques, diminuent la pression d'excitation au niveau de leur photosystème II et augmentent la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur, démontrant ainsi une meilleure performance face à l'inhibition photosynthétique associée au froid. Par ailleurs les résultats obtenus avec la surexpression de BNCBF17 chez Brassica napus indiquent que les gènes CBFs/DREBs semblent réguler la tolérance au gel et gouvernent l'architecture des plantes, l'anatomie des feuilles, la performance photosynthétique et l'efficacité de l'utilisation de l'eau. Nous discutons dans cet article des coûts et des bénéfices de la plasticité phénotypique en termes de survie hivernale et de la capacité de reproduction. Dans le deuxième article nous avons déterminé si l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2 de 700 µm.mol-1 pouvait compenser l'inhibition photosynthétique induite par le froid chez les variétés printanières de céréales. Les taux d'assimilation de la photosynthèse (Asat) ont été mesurés chez deux variétés (hivernale et printanière) de blé Triticum aestivum (cv Norstar et Katepwa) et de seigle Secale cereale (cv Musketeer et cv SR4A) non acclimatées (température 20/16°C jour/nuit) et acclimatées au froid (température 5/5°C jour/nuit). Suite à une exposition courte de aux concentrations élevées de CO2 de 700 µmol C mol-1, les variétés printanières de blé et seigle acclimatées au froid présentent une diminution de 45 à 60% de leur taux de photosynthèse comparée à leurs homologues non acclimatées. Les plants de blé et de seigle d'hiver acclimatés au froid présentent une augmentation de 15 à 35% de leur photosynthèse comparativement aux plants non acclimatés. L'assimilation de CO2 durant l'acclimatation au froid est 60% moins élevée chez les variétés printanières comparativement aux variétés hivernales. Ces résultats démontrent que l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2 ne peut compenser l'inhibition photosynthétique induite par le froid chez les variétés printanières. La limitation du CO2 pour la Ribulose 1, 5-biphosphate carboxylase/oxygénase que l'on observe généralement à concentration ambiante de CO2 est accentuée par l'acclimatation au froid chez les cultivars de printemps. De plus, l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2, ne permet pas aux cultivars de printemps d'ajuster la sensibilité thermale associée à la photosynthèse durant l'acclimatation au froid comparativement aux cultivars d'hiver. Dans le troisième article, l'analyse du transcriptome chez le blé (Triticum aestivum. L,) d'hiver Norstar cultivé à long terme en conditions de CO2 ambiant (380 µmol C mol-1) et élevé (700 µmol C mol-1) a été initiée afin de déterminer les facteurs physiologiques et génétiques impliqués dans la réponse des plantes non-acclimatés (NA, 20°C) et acclimaté au froid (CA, 5°C) aux concentrations élevées de CO2. Les plantes acclimatées au froid en conditions de CO2 ambiant présentent, un phénotype court et robuste, une réduction de 33% de leur croissance, une hausse double du poids spécifique de leur feuille de même que de leur quantité de protéine et une hausse de 30% de leur quantité de chlorophylle par unité de surface foliaire comparativement aux plantes non acclimaté. Les concentrations élevées de CO2 ont peu d'effets sur ces paramètres morphologiques. Néanmoins les concentrations élevées de CO2 ont entraîné une hausse de 30% de la biomasse des parties aériennes du blé non acclimaté et acclimaté au froid. Le blé Norstar acclimaté au froid maintient des taux de photosynthèses en conditions de lumière et de CO2 saturantes comparables au blé non-acclimaté, mais requiert moins de quantum pour la fermeture du photosystème et pour la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur. Les plantes non acclimaté et acclimaté au froid ne sont pas sensibles à l'inhibition photosynthétique induite par les concentrations élevées de CO2. L'effet le plus marqué des concentrations élevées de CO2 chez le blé non acclimaté est la diminution de l'expression des gènes impliqués dans la défense des plantes face aux pathogènes. Par contre, ces effets sont moins accentués chez les plantes acclimatées au froid grâce à l'induction des gènes impliqués dans la résistance aux pathogènes, dans la tolérance au gel, dans la protection et à la stabilisation du chloroplaste. Ces résultats démontrent que l'acclimatation au froid et les concentrations élevées de CO2 ont des effets opposés sur la régulation du système de défense des plantes. Ces résultats démontrent que es concentrations élevées de CO2 auront moins d'impact sur la performance et la productivité des plantes qui vivent dans les pays nordiques contrairement à celles qui vivent dans les environnements plus chauds. Avec les conditions de CO2 élevé prévu, la sélection de plantes ayant des caractères de résistance aux pathogènes est fortement suggérée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Assimilation de CO2, concentrations élevées de CO2, acclimatation au froid, transcriptome, stress abiotiques et biotiques, gènes de résistance aux pathogènes

L’utilisation d’un paillis de couverture de seigle d’automne (Secale cereale L.) a un énorme potentiel pour maîtriser les mauvaises herbes. Cependant, sa dégradation cause une immobilisation de l’azote dans le sol. Des essais ont été mis en place en 2012-13 et 2013-14 chez les cucurbitacées (citrouille et courge spaghetti) (Cucurbita pepo L.) afin d’évaluer si l’ajout de vesce velue (Vicia villosa Roth.) au seigle est un moyen efficace pour contrer cette immobilisation. Les essais ont démontré que, par sa faible survie à l’hiver, la vesce velue n’apporte aucun bénéfice. Les paillis formés à la pleine floraison du seigle procurent une excellente maîtrise des mauvaises herbes tout au long de la saison. L’utilisation de glyphosate préalablement au passage du rouleau crêpeur est nécessaire pour obtenir une croissance et un rendement adéquats des cucurbitacées. La combinaison de ces deux facteurs permet d’obtenir des résultats comparables à un traitement témoin désherbé sans paillis.

Des expériences au champ ont été réalisées en 2004 et 2005 afin de bien connaître le stade et la méthode de destruction du seigle d'automne (Secale cereale) en vue d'optimiser le contrôle des mauvaises herbes et de minimiser la compétition avec la citrouille (Cucurbita pepo). Le seigle d'automne contrôle les mauvaises herbes par son action combiné d'allélopathie et de barrière physique. Le contrôle des mauvaises herbes est meilleur peu de temps après la destruction de seigle. La biomasse sèche moyenne des mauvaises herbes totales a été réduite de 82% dans les parcelles où le seigle a été laissé intact comparativement aux parcelles sans seigle. Les méthodes de destruction du seigle influencent le contrôle des mauvaises herbes. Selon mes résultats, le seigle d'automne devrait être enfoui avant le semis de citrouille et la largeur de la bande devrait être de 80 cm et plus. Une largeur de 40 cm et moins réduit considérablement la croissance, le développement et le rendement en citrouilles vendables.

L'objectif de ce projet consistait à évaluer l'efficacité de trois cultures de couverture, combinées ou non, avec trois traitements herbicides contre les mauvaises herbes annuelles dans le maïs sucré en 2008 et 2009 à Harrow, Ontario et à Saint-Augustin-de-Desmaures, Québec. Les cultures de couverture étaient la fève adzuki, le radis huileux et le seigle d'automne. Les traitements herbicides consistaient en l'application en prélevée : 1) d'une dose faible de s-métolachlore/benoxacor + une dose réduite de linuron ; 2) d'une dose faible de saflufénacil ; et 3) de pendiméthaline. Ces combinaisons de cultures de couverture avec des herbicides ont été comparées à un traitement herbicide standard de s-métola-chlore/bénoxacor/atrazine en prélevée + nicosulfuron en postlevée du maïs sucré. Le traitement standard et celui qui combine la fève adzuki à une dose faible de s-métolachlore/benoxacor (1,14 kg m.a. ha"1) + et de linuron (0,55 kg m.a. ha"1) ont procuré un désherbage adéquat des mauvaises herbes. À Harrow, les meilleurs rendements vendables ont été obtenus pour le radis huileux sans herbicide et la combinaison radis huileux/dose faible de pendiméthaline (1,68 kg m.a. ha"1). Des rendements vendables élevés de maïs sucré ont été obtenus pour les traitements ayant procuré les meilleurs niveaux de désherbage. Ces résultats démontrent l'excellent potentiel du radis huileux et de la fève adzuki, combinés respectivement à une dose faible de pendiméthaline ou de s-méto-lachlore/benoxacor + linuron, à maîtriser aussi efficacement les mauvaises herbes annuelles que le traitement standard. En plus, l'utilisation d'une culture de couverture combinée à une dose faible d'herbicides contribue à réduire l'indice de risque pour l'environnement (IRE).

La plupart de variétés élites de blé tendre ne peuvent pas être croisées avec des espèces apparentées ce qui restreint considérablement la base génétique qui peut être utilisée pour l'introgression de nouveaux allèles dans les programmes de sélection. L'inhibition de l'hybridation entre le blé et les espèces apparentées (e.g. seigle, orge) est génétiquement contrôlée. Un certain nombre de QTLs ont été identifiés à ce jour, y compris les gènes Kr1 sur le chromosome 5BL et SKr, un QTL majeur identifié au laboratoire en 1998 sur le bras court du chromosome 5B, tous deux impliqués dans l'inhibition du croisement entre le blé tendre et le seigle. Dans cette étude, nous avons utilisé une population recombinante SSD provenant d'un croisement entre la variété Courtot non croisable et la lignée MP98 croisable pour caractériser l'effet majeur dominant de SKr. Le gène a ensuite été cartographié génétiquement sur la partie distale du chromosome 5BS à proximité du locus GSP (Grain Softness Protein) dont l'homéologue sur le chromosome 5D est impliqué dans la dureté du grain (locus Ha). Les relations de colinéarité avec l'orge et le riz ont été utilisées pour saturer la région de SKr par de nouveaux marqueurs et établir des relations orthologues avec une région de 54 kb sur le chromosome 12L de riz. Au total, 6 marqueurs moléculaires ont été cartographiés dans un intervalle génétique de 0,3 cM, et 400 kb de contigs physiques de BAC ont été établis des deux cotés du gène afin de jeter les bases du clonage positionnel de SKr. De nouvelles populations de grands effectifs ont été développées pour la localisation précise du gène SKr sur les cartes génétiques et physiques. 223 individus d'une population HIF (SSD254.14) ont été testés pour leur aptitude au croisement avec le seigle et génotypés avec les marqueurs proches du gène pour confirmer les données obtenues dans la population de départ. Les résultats montrent que SKr est localisé dans une région hautement recombinante et que les relations entre distances génétiques et distances physiques sont favorables aux dernières étapes de clonage positionnel du gène. Enfin, deux marqueurs SSR complètement liés au gène SKr ont été utilisés pour évaluer une collection de descendances de blé aptes au croisement avec le seigle originaires d'un programme de sélection de triticale primaire. Les résultats confirment l'effet majeur de SKr sur l'aptitude au croisement et l'utilité des deux marqueurs pour introgresser l'aptitude au croisement interspécifique dans des variétés élites de blé tendre.