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Résumé :

Face aux nouveaux défis environnementaux, économiques et sociétaux de l’agriculture, l’amélioration variétale doit s’appuyer sur de nouvelles stratégies de sélection pour maintenir sa production tout en limitant l’utilisation d’intrants. L’amélioration ciblée de caractéristiques agronomiques liées au rendement est rendue difficile en raison de covariations avec d’autres traits non désirés. Chez les espèces sauvages, une approche d’écophysiologie comparative, fondée sur l’analyse de traits fonctionnels, i.e. des caractères liés aux fonctions biologiques et à la performance de la plante (croissance, survie et reproduction), a permis de mettre en évidence des contraintes et compromis écophysiologiques et biophysiques liés à l’utilisation des ressources. Identifier et quantifier ces contraintes chez les espèces cultivées, et leur variabilité face aux facteurs environnementaux, est essentiel pour adapter la sélection ciblée de caractères d’intérêt agronomique. Ce travail de thèse s’intéresse à la variabilité génétique de deux relations phénotypiques particulièrement étudiées en écologie fonctionnelle : le spectre d’économie foliaire et les relations allométriques. Des génotypes de cinq espèces céréalières plus ou moins domestiqués et/ou plus ou moins sélectionnés ont été étudiés dans cette perspective. L’analyse comparative de cette variabilité intra- et interspécifique s’est appuyée sur des données originales obtenues lors d’expérimentations en plateformes de phénotypage haut-débit et en plein champ. Ce travail a permis i) de mettre en évidence la sélection d’une stratégie qui favorise les fonctions d’acquisition des ressources au cours de la domestication du blé dur, ii) de quantifier l’impact de la disponibilité lumineuse sur la réponse allométrique de 337 hybrides de maïs au déficit hydrique édaphique, et iii) d’illustrer l’existence et la diversité génétique du spectre d’économie foliaire au sein de 30 lignées de maïs, 23 lignées de mil, 19 lignées de sorgho et 25 lignées de blé tendre en conditions optimales et de déficit hydrique édaphique. Au moyen d’analyses multi-espèces et multi-génotypes, notre approche comparative a permis d’évaluer et de discriminer la variabilité phénotypique de céréales, en réponse à la domestication et au stress hydrique. L’étude des contraintes et compromis a mis en évidence l’inexistence de certaines combinaisons phénotypiques, un résultat à prendre en compte lors de la sélection variétale mais aussi pour les pratiques culturales.

Mots clés : Écophysiologie comparative – Céréale - Spectre d’économie foliaire – Allométrie - Phénotypage haut-débit – Domestication - Sélection agronomique - Stress environnemental – Trait fonctionnel