Une population mondiale croissante et l'évolution des préférences alimentaires vers les aliments à base de plantes signifient que la production agricole devra augmenter considérablement au cours des prochaines décennies. La croissance et le rendement des cultures sont finalement limités par l'apport de glucides provenant de la photosynthèse de la canopée. Les efforts pour améliorer la photosynthèse des cultures se concentrent souvent sur l'augmentation du taux de photosynthèse des feuilles par unité d'apport, principalement l'eau, la lumière et l'azote. Cependant, la photosynthèse à l'échelle de la canopée entière dépend non seulement du taux par unité d'entrée, mais aussi des contributions des feuilles avec des niveaux de lumière et une teneur en azote très variables. Bien que l'investissement optimal en azote doive être à peu près proportionnel à la quantité de lumière reçue par chaque feuille, les plantes ont tendance à sous-investir dans les feuilles ensoleillées de la canopée supérieure et à surinvestir dans les feuilles inférieures et plus ombragées. Cela peut représenter une opportunité pour l'amélioration des cultures. Les simulations suggèrent que le gain de carbone de la canopée pourrait être augmenté sans apports supplémentaires si les profils de photosynthèse de la canopée étaient ajustés pour correspondre aux optima théoriques. Pourtant, on sait peu de choses sur la variabilité héréditaire de l'optimalité de la distribution des ressources photosynthétiques entre les génotypes des espèces cultivées.

Barres PAR montées dans un champ de blé/
Barres PAR montées sur le terrain à Narrabri, NSW, Australie capturant les derniers rayons du soleil pendant l'étude. Crédit image : WT Salter

Dans notre étude récemment publiée en AoBP, nous avons examiné, pour la première fois, si la sous-optimalité diffère au sein des espèces cultivées, en mesurant la capture de la lumière et la capacité photosynthétique des feuilles étendard et avant-dernière sur 160 génotypes de blé cultivés au champ. Ceci a été réalisé en utilisant des capteurs de lumière sur mesure, des PARbars, et un système d'échange de gaz photosynthétique « à haut débit » avec huit chambres à feuilles, OCTOflux. En utilisant ces outils, nous avons trouvé une grande variation dans l'optimalité de la distribution photosynthétique de l'azote à travers la population. Cela était principalement dû à la variation de la capacité d'une plante à déplacer l'azote de l'avant-dernière à la feuille étendard au fur et à mesure que la canopée se développait. L'analyse préliminaire d'association à l'échelle du génome a identifié neuf fortes associations marqueur-trait avec ce trait, qui devraient être validées dans des travaux futurs dans d'autres environnements et/ou matériels végétaux. Nous pensons que la sélection d'une distribution d'azote moins sous-optimale dans les programmes de sélection végétale pourrait augmenter de manière significative la photosynthèse de la canopée (jusqu'à 5% dans nos simulations) et, à son tour, augmenter le potentiel de rendement des cultures. Nos résultats confirment également les preuves récentes que les efforts visant à améliorer la photosynthèse des cultures doivent regarder au-delà de la feuille étendard et tenir compte de l'hétérogénéité au sein de la canopée.

Point culminant du chercheur

Tam Salter, Tom Buckley et leur assistante de recherche Julie Lintz dans le champ de blé pendant l'étude.

William (Tam) Salter a grandi en Écosse et a obtenu un BSc en sciences écologiques à l'Université d'Édimbourg en 2011. Il a déménagé en Australie en 2012 pour effectuer un doctorat en écophysiologie végétale à l'Université de Sydney. Tam a été nommé postdoctorant sur un projet de partenariat international sur le rendement du blé avec le professeur intérimaire Tom Buckley en 2016 et occupe actuellement un poste de chercheur postdoctoral avec le professeur Margaret Barbour à la School of Life and Environmental Sciences et au Sydney Institute of Agriculture de l'Université. de Sydney. Il est l'éditeur des médias sociaux pour AoBP et a savouré l'opportunité d'enfin écrire sur son propre travail pour Botany One.

Tam est un écophysiologiste végétal intéressé à identifier les traits phénotypiques des plantes qui pourraient être utiles pour la sécurité alimentaire future et la résilience des écosystèmes face au changement climatique. Il a travaillé avec des plantes indigènes australiennes ainsi qu'avec d'importantes espèces de cultures. Il s'intéresse également au développement de nouveaux outils et techniques scientifiques pour comprendre les traits des plantes qui n'ont pas été étudiés dans le passé.