Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Quand l'architecture de la plante et du couvert pilote les épidémies Qu'attendre d'une approche 'plantes et peuplements virtuels' en phytopathologie? Bernard Tivoli et Agnès Calonnec UMR BiO3P, Rennes-Le Rheu & UMR SV, Bordeaux Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Quand l'architecture de la plante et du couvert pilote les épidémies Placer la plante et/ou le couvert végétal (architecture) avec éventuellement ses caractéristiques de résistance (résistance partielle, tolérance) au cœur du système de protection.. Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Un exemple de développement épidémique d’une maladie polycyclique L'ascochytose de la féverole Secondary inoculum Disease initiation Pycnospores Splash dispersal Short distance Pycnospores Primary inoculum - Seeds - (Volunteers) Disease epidemic Fungal survival Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Le cycle de base de la maladie . . . . . . une suite de processus complexes Dispersion Echelle organe Echelle plante Echelle couvert Interception Inoculum Contamination Germination Pénétration Développement des symptômes Fructification Synchronisme disponibilité inoculum/présence organes cibles Sensibilité intrinsèque Microclimat (T, durée d’humectation) Sensibilité intrinsèque Microclimat (T, durée d’humectation) Asexuée Sensibilité intrinsèque Microclimat (T, durée d’humectation) Dispersion par splashing à courte distance ? ? Dynamique inoculum I et II Dynamique de mise en place des organes de la plante (phénologie) au sein du couvert Pluie Sexuée Dispersion anémophile à courte/longue distance Sensibilité intrinsèque Microclimat (T, durée d’humectation) Sénescence ? ? Vent Turbulences ? Architecture de la plante (taille, position des organes) Architecture du couvert (nombre, agencement des plantes) Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Enjeu Etablir le lien entre dynamique de mise en place de l'architecture, la disponibilité de l'inoculum et la dynamique de l'épidémie La modification de l'architecture repose sur : - le rythme de développement et croissance de certains organes - les interventions mécaniques (conduite de cultures : tailles, élagages, arcures, . . .) (interventions en cours de saison : écimages, échardage) - les interventions culturales : densités, associations végétales - les génotypes utilisés : hauteur, ramifications . . . Quelles conséquences pour les processus épidémiques ? - comment l'inoculum sera-t-il intercepté ? - comment l'épidémie évoluera-t-elle en fonction des évènements favorables et de conditions induites par le couvert (microclimat par exemple) ? Binôme complexe et nécessité de recourir à la modélisation Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Objectif et questions de recherche Modéliser les interactions dynamiques entre le développement de la plante et le développement des épidémies Trois questions Comment l’architecture pilote-t-elle l’épidémie ? Comment cette épidémie est-elle limitée par la résistance de la plante aux maladies ? Comment ce développement épidémique conduit-il à des pertes de récolte? Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

La représentation des plantes (0) Un constat La maladie se développe sur un support qu'il faut représenter Une question Comment représenter la plante et le couvert à des fins d'utilisation dans la compréhension des phénomènes épidémiologiques? Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

La représentation des plantes (1) Eléments de l'architecture susceptibles d'avoir un rôle majeur dans le développement épidémique (distance, hauteur, ramification, densité feuillage) ? Une représentation plus ou moins explicite « qui fasse parler la maladie » Qui réponde à la problématique posée : épidémiologie vs écophysiologie vs bioclimatologie ‘Tri' nécessaire parmi les connaissances 'plante' et 'épidémiologie' relatives au problème posé Des clés de lecture basées sur des interactions déterminantes pour le développement des épidémies : - structure/ microclimat et infection/extension ? Différentiel micro-mésoclimat - structure et dispersion ? Effet barrière/effet relai - physiologie et lésions ? Résistance ontogénique, réceptivité des tissus âgés Réflexion pluridisciplinaire et émergence d'hypothèses fortes Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

La représentation des plantes (2) Des exemples Une meilleure visualisation/perception de l’interaction et une représentation des conséquences de la modification des caractéristiques du couvert Stylosanthus/anthracnose (Wilson & Chakraborty, 1998) Blé/septoriose (Lovell et al., 1997) Colza/ (Pielaat et al., 2001) Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

D’autres phénomènes à représenter . . . Exemple du mildiou de la pomme de terre (UMRs APBV et BiO3P, Rennes) Détecter les facteurs architecturaux qui ont un effet significatif sur le développement de la maladie (portrait robot) - le port: érigé et horizontal - la longueur des entre-nœuds: plantes compactes vs plantes aérées - la surface foliaire et l’angle d’insertion des feuilles sur la tige - la résistance intrinsèque - la vigueur en lien avec tardivité/précocité Comprendre l’influence du pathogène sur l’architecture de la plante - effet du pathogène sur le tubercule ou sur la tige : la plante prend un port buissonnant extrêmement ramifié (levée de dormance et/ou de dominance apicale) Gérer les deux conséquences contradictoires - stratégie d’évitement : apparition de feuillage nouveau au fur et à mesure que la maladie progresse sur les feuilles contaminées - un port buissonnant compact qui peut relancer l’épidémie (augmentation de l’hygrométrie). Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Un cahier des charges pour un modèle mécaniste Trois caractéristiques principales modèle mécaniste à vocation de recherche incluant des paramètres d'entrée liés à la plante (phénotype, mode de conduite) et à la maladie (date d'apparition, sévérité, . . .) modèle simplifié ne prenant en compte que les paramètres indispensables explicatifs d'une observation globale. La question étant de définir le degré de simplification acceptable modèle permettant d'élaborer des scénarii d'applications agronomiques telles que la conception d'un idéotype (plante robot) adapté à différentes situations pédoclimatiques ou d'une pratique culturale économe en intrants phytosanitaires. Construire un modèle mécaniste générique Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Les résultats attendus la définition de critères architecturaux à prendre en compte lors du développement épidémique - la mise en place de modèles pertinents de représentation (3D, autres) pour les études épidémiologiques - la modélisation des dynamiques de développement architecturaux et de développement épidémiques (aide à l'élaboration d'hypothèses) - la conception de conduites culturales économes en intrants - la conception d'idéotypes prenant en compte l'architecture, moins favorables au développement des bioagresseurs. Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Une réflexion en cours par les équipes sur plusieurs pathosystèmes - Blé/maladies fongiques aériennes - Pois/ascochytose - Igname/anthracnose - Pomme de terre/mildiou - Vigne/oïdium - Pommier/tavelure - Pommier/carpocapse - au sein du réseau EpiArch (cf. atelier du 28 mars) - se concrétise par le dépôt de projets ANR Exposés ‘flash’ Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008

Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Que retenir? un besoin avéré de représentation une nécessité de simplification une démarche sur objectif ex objectif ‘épidémiologie’ vs ‘écophysiologie’ vs ‘microclimatologie’ une démarche pluridisciplinaire représentation d'un état physiologique Séminaire 'Plantes et peuplements virtuels' Lyon, 27-28 Mars 2008