L'agroécologie pour tous - N° 2 - Sept. 2013

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Communiqués de presse, poster, liste des publications. Cellule d'ingénierie des connaissances et d'assistance à la publication scientifique (CICAP). Unité mixte de recherche 1347 Agroécologie, INRA, Dijon, France.

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L'agroécologie pour tous - N° 2 - Sept. 2013

  1. 1. N° 2. Septembre 2013 L’agroécologie pour tous Presse, Posters et Publications Réalisé par Sylvie Belotti, Dominique Millot et Eric Lichtfouse Cellule d’ingénierie des connaissances et d’assistance à la publication (CICAP) UMR1347 Agroécologie E-mail : cicap@dijon.inra.fr Publications de l’UMR : http://www6.dijon.inra.fr/umragroecologie/Publications Intranet : https://intranet6.dijon.inra.fr/umragroecologie/Cellules/Ingenierie-des-Connaissances-et-Assistance-a- la-Publication-CICAP
  2. 2. l’énergie produite par énergies renouvelables nsommation nergie La Région agit pour le climat économes en énergie construits ou réhabilités avec l’aide de la Région depuis 2005 4500 logementsPrès de dans les TER depuis 2004 +28% de voyageurs installées en Bourgogne pour une puissance de 140 MW 70 éoliennes es en gne ne ce MW nness TER 04 BOUCHERIEBOUCHERIE En Bourgogne, la voiture autrement Sedéplacerautrement, c’est possible avec mobigo ! La plateforme de covoiturage est opérationnelle depuis novembre 2011. En 2013, mobigo va plus loin avec l’intégration d’unserviced’autopar- tage. Faire des économies en protégeant la planète, c’est toute l’ambition du servicemobigo-covoiturage.Unoutilsimpleetgratuit,quimetenrelation passagers et conducteurs et incite les Bourguignons à choisir cette alternative à la voiture individuelle. Bientôt, un nouveau service d’auto- partage permettra à ses abonnés d’emprunter occasionnellement une voiture. Mobigo-covoiturage et mobigo-autopartage : tous les avantages de la voiture, sans les inconvénients ! Pour en savoir plus : www.mobigo-bourgogne.com Pour accompagner la transition énergétique,l’assemblée régionale votera, en janvier prochain, le plan bâtiments de demain. D’ici 2020, les bâtiments à basse consommation, à énergie nulle ou positive se généraliseront. À la clé, des factures énergétiques réduitesetdesemploispourlaré- novation du parc immobilier. Pour relever ce défi économique et écologique, la Région se dote d’un plan bâtiments de demain. Quatre objectifs : réduire la précaritéénergétique,lutter contre le réchauffement climatique, économiser l’énergie et accompagner la mutation des profes- sionnels du bâtiment. Le plan pour économiser l’énergie Croissance de la population mondiale,réduction des terres arables et augmentation de la consommation d’intrants :autant de raisons qui poussent agronomes et écologistes à travailler ensemble. ÀDijon,l’UMR Agroécologie(UnitéMixtedeRecherche),soutenue par la Région, AgroSup, l’INRA et l’Université de Bourgogne, dispose d’expertises et de moyens exceptionnels pour la mise en œuvre de systèmes de culture novateurs, respectueux de l’envi- ronnement. L’objectif est de développer des pratiques agricoles qui respectent la biodiversité et assurent une production suffisante et de qualité. Un challenge majeur pour la recherche en agroécologie. Agroécologie : des racines pour demain Énergies nouvelles, métiers nouveaux ! Avec les nouvelles réglementations en- vironnementales, les métiers traditionnels requièrent de nou- velles compétences. Ce constat a incité le conseil régional à expérimenter et pro- poser des formations qualifiantes,afind’ai- der les demandeurs d’emploi à rebondir et trouver un travail. Aujourd’hui, la Région propose 17 formations professionnelles dans le domaine du développement durable (énergies renouvelables, ossatures bois, agriculture biologique, écoconstruction…), destinées à former les Bourguignons aux emplois de demain. Le coût de ces actions s’élève à 1,09 million d’euros. 133 demandeurs d’emploi en bénéficient cette année.
  3. 3. Les Pots-Capteurs : une innovation primée INRA Département SPE Actualités, publié le 19/03/2013 La Plateforme de Phénotypage Haut Débit de l’INRA de Dijon a été conçue pour développer et utiliser des techniques innovantes afin d’analyser l’expression des gènes de plantes. Cette plateforme permet l’analyse de la variabilité génétique par grandes séries de génotypes, en fonction de différents scénarios environnementaux. Pour réaliser ces analyses les plantes sont continuellement déplacées au sein de la plateforme via des convoyeurs. Ces déplacements entraînent de nombreuses contraintes qu'Arnaud Coffin, technicien dans le laboratoire d'Agroécologie de Dijon, a su solutionner grâce à un dispositif innovant de Pots-Capteurs. La société Campbell Scientific lui remettra à ce titre le Prix de l'Innovation. Mots-clés : ENVIRONNEMENT - GENE - GENETIQUE - PHENOTYPAGE - PLANTE La Plateforme de Phénotypage Haut Débit La Plateforme de Phénotypage Haut Débit (PPHD) du Centre INRA de Dijon est constituée d’un complexe qui comprend au total 400 m² de serres, 80 m² de chambres climatiques et 700 m² de bâtiment. Sur les 400 m² de serres, 250 m² sont dévolues au phénotypage automatisé avec convoyeurs. La modularité de ces serres permet d’envisager des expériences selon une variété de scénarios climatiques représentatifs de l’évolution probable du climat. Cette plateforme permet la production d’unité biologique (de la graine à la plante) et leur caractérisation automatisée, de manière non destructive, effectuée par des robots et des caméras. Cela permet d'établir des corrélations statistiques entre les caractères et les gènes qui les gouvernent. Il est ainsi primordial de mesurer précisément les conditions de culture « au plus proche » de la plante. Les grandeurs intervenant dans la croissance des plantes sont entre autres : la température et l’hygrométrie relative de l’air et le rayonnement utile à la photosynthèse.
  4. 4. Des convoyeurs pour déplacer les plantes Les serres et les chambres climatiques dédiées au phénotypage sont équipées de convoyeurs qui déplacent continuellement les plantes au sein des unités. Ceci permet d’homogénéiser les conditions de culture des plantes, de contrôler précisément la nutrition des plantes et de véhiculer les plantes vers leur lieu de phénotypage. Les plantes étant constamment déplacées au sein des serres, la caractérisation des conditions environnementales (température, lumière, hygrométrie), forcément hétérogènes au sein des serres, s’avère difficile. La caractérisation environnementale spatialisée dans les serres répond difficilement au besoin de caractérisation microclimatique sur des systèmes mobiles. C’est pourquoi Arnaud Coffin, Technicien de Recherche en instrumentation scientifique de l’unité d’Agroécologie du Centre INRA de Dijon, a développé des dispositifs innovants qui permettent d’enregistrer au cours du temps l’ensemble des conditions environnementales dans lesquelles les plantes se développent et croissent. Le dispositif de mesure est solidaire des plantes et suit leur déplacement. Des contraintes et des solutions Le fait de réaliser des mesures sur des convoyeurs en mouvement engendre diverses contraintes sur le dispositif de mesure. La première est qu’il faut raisonner le poids (environ 4 Kg) et l’encombrement du dispositif de mesure. Pour cela, il faut d’une part utiliser des matériaux légers (PVC et aluminium) et d’autre part optimiser le positionnement des appareillages dans le dispositif. Une autre contrainte est l’autonomie énergétique du dispositif de mesure. Il est en effet nécessaire d’enregistrer de manière autonome les données environnementales sur un pas de temps suffisamment long pour ne pas avoir à recharger les batteries et donc immobiliser le dispositif. Pour cela, Arnaud Coffin privilégie des composants fonctionnant sur batterie et ayant une faible consommation énergétique. La contrainte la plus importante est de pouvoir se connecter aux dispositifs d’enregistrement des données sans avoir à les enlever des convoyeurs. Arnaud Coffin a retenu la solution du modem radio. Il a pris en compte la taille et le nombre des unités de culture en construisant 4 dispositifs. Ces dispositifs sont appelés Pots-Capteurs.
  5. 5. Les Pots-Capteurs, un dispositif innovant Particulièrement motivé par le développement de prototype permettant l’automatisation de la mesure, Arnaud Coffin a travaillé avec la société Campbell Scientific pour la fabrication des Pots-Capteurs. Les produits de Campbell Scientific ont permis d’avoir une réponse technologique appropriée. Chaque dispositif se compose d’une centrale d’acquisition (CR1000), d’un capteur température et d’humidité relative (CS215) et d’un capteur de rayonnement (capteur quantique PAR-SKP215). Les hauteurs de plantes pouvant variées, les capteurs sont placés sur une potence mobile. La collecte et l’enregistrement des données sur un ordinateur de suivi se fait grâce à un modem radio (RF-416). Arnaud Coffin a développé le programme de la centrale d’acquisition pour optimiser le nombre de mesures par jour et la consommation électrique. Il a aussi défini pour chacun des dispositifs le protocole de connexion par radio. Le prix de l’innovation Campbell Scientific Fondée en 1974 et basée à Logan, en Utah (USA), Campbell Scientific est une société spécialisée dans la fabrication de centrales de mesure pour l'enregistrement des données destinées à la recherche agricole, aux contrôles des paramètres de l'environnement, à l'hydrologie et à la météorologie. En 1993, elle fonde Campbell Scientific France et c’est à l’occasion de son vingtième anniversaire que sera remis le Prix de l’Innovation à Arnaud Coffin en présence de Paul Campbell, Président du groupe Campbell Scientific et de Christophe Salon, Directeur Scientifique de la PPHD. Contact : Arnaud COFFIN UMR1347 Agroécologie, centre de recherche INRA de Dijon arnaud.coffin@dijon.inra.fr
  6. 6. www.inra.fr/presse • 01 42 75 91 86 • presse@inra.fr Juin 2013 8 Apport de composts, fumiers ou lisiers : que deviennent les graines des « mauvaises herbes » ? Les composts, fumiers ou lisiers  contiennent des graines d’adventices ou « mauvaises herbes » qui peuvent représenter un frein à la valorisation de ces matières organiques en agriculture. Des chercheurs de l’Inra ont mis en évidence que l’azote apporté par les fumiers favorise la germination précoce de certaines semences adventices produites après l’apport des matières organiques au sol. Cet azote les empêche ainsi de se développer dans les cultures suivantes, en cas de travail du sol ou de traitements herbicides avant le semis de ces cultures. L’apport d’engrais minéraux azotés permet d’améliorer la croissance des plantes et d’augmenter le rendement des cultures. Leur substitution partielle ou totale par des matières organiques, d’origine animale ou végétale, pourrait contribuer à diminuer l’impact environnemental des cultures, tout en permettant le recyclage de ces effluents. Dans les matières organiques d’origine agricole ou urbaine (fumier ou lisier, compost), on peut retrouver des graines d’adventices – de celles que l’on appelait jusque-là « mauvaises herbes » -, du fait de leur présence dans les pailles, de leur consommation par le bétail, de leur dispersion par le vent sur les lieux de stockage… Des chercheurs des centres Inra de Dijon et de Versailles-Grignon se sont intéressés au devenir de ces graines d’adventices présentes dans ces matières organiques apportées aux cultures. Plus de graines dans le fumier ou le lisier Les scientifiques ont mis en évidence que les matières organiques d’origine animale étaient celles qui renfermaient le plus de graines susceptibles de germer (jusqu’à 85 graines par kg de matière sèche). À l’inverse, les composts de déchets urbains et verts en étaient quasiment exempts. Au total, ce ne sont pas moins de 20 espèces végétales qui ont été identifiées dans ces matières organiques : la majorité appartenait à la famille des Poacées (brome, fétuque, ivraie, pâturin et autre pied-de-coq…). On y trouvait également du trèfle et du blé tendre. L’azote apporté par le fumier réduit le développement d’adventices dans les parcelles déjà infestées Dans une seconde étape, les chercheurs ont simulé les effets de l’épandage d’un type de matière organique bien spécifique, le fumier composté, sur la dynamique d’adventices de la famille des Poacées, telles que le vulpin des champs. Ils ont utilisé un modèle développé par l’Inra, AlomySys, pour simuler la dynamique de la flore adventice sous l’effet des pratiques agricoles. La simulation a porté sur plusieurs facteurs susceptibles de modifier la densité des adventices : fréquence d’épandage, contenu en graines du fumier, pratiques de labour, fertilisation azotée minérale, présence initiale d’adventices dans la parcelle. Cette approche a permis de tester un grand nombre de systèmes de cultures sur plusieurs dizaines d’années et avec des scénarios climatiques différents, une analyse difficilement réalisable au champ. Ces simulations ont montré que dans les parcelles agricoles dépourvues d’adventices, l’apport de fumier composté peut être une source d’adventices. Par contre, dans les parcelles déjà infestées par des adventices, l’apport de fumier peut avoir un effet bénéfique. En effet, l’azote apporté par le fumier composté favorise la ©Inra-AnnickMatejicek •••
  7. 7. www.inra.fr/presse • 01 42 75 91 86 • presse@inra.fr Juin 2013 9 germination estivale des graines d’adventices produites après l’apport du fumier. Or, les opérations culturales réalisées par l’agriculteur (travail du sol, traitements herbicides) pour préparer le champ au semis des cultures empêchent les jeunes plantes de terminer leur développement et de se reproduire à leur tour, contribuant à la diminution de l’infestation. Le fait d’enfouir le fumier par un labour réduit - ou même annule- les effets sur les adventices : l’augmentation de l’infestation dans les parcelles initialement propres devient alors négligeable, et il n’y a quasiment plus de diminution de l’infestation dans les parcelles déjà infestées. En effet, le labour enfouit l’essentiel des semences à une profondeur où elles peuvent difficilement lever. L’ensemble de ces travaux amène à considérer différemment les matières organiques d’origine végétale ou animale en termes de risque de voir de développer des adventices lors de leur utilisation. D’un côté, le stockage en cuve des lisiers dépourvus de litière prévient la dégradation des graines ; de l’autre, la montée en température des composts urbains favorise la dégradation des graines déjà peu présentes à la base. Plus encore, ces travaux révèlent que le point sensible de ces matières organiques n’est pas tant la quantité de graines d’adventices qu’elles contiennent, du moins dans le cas des Poacées comme le vulpin des champs, mais la quantité d’azote qu’elles apportent et qui est susceptible de modifier le cycle de vie des adventices étudiées. Enfin, ils soulignent l’intérêt de revisiter à la lumière de ces résultats les conseils dont pourrait bénéficier à terme la profession agricole. Référence N. Colbach, C. Tschudy, D. Meunier, S. Houot, B. Nicolardot. 2013. Weed seeds in exogenous organic matter and their contribution to weed dynamics in cropping systems. A simulation approach. European Journal of Agronomy 45: 7– 19. Contacts scientifiques Nathalie Colbach Tel 03 80 69 30 33 / Nathalie.Colbach@dijon.inra.fr Unité mixte de recherche Agroécologie (Inra, AgroSup Dijon, CNRS, Université de Bourgogne) Département scientifique Environnement et agronomie Centre Inra de Dijon Sabine Houot Tel : 01 30 81 54 01 / Sabine.Houot@grignon.inra.fr Unité mixte de recherche Environnement et grandes cultures (Inra - AgroParisTech) Département scientifique Environnement et agronomie Centre Inra de Versailles-Grignon
  8. 8. Des inoculants de légumineuses pour réduire les émissions des sols en oxyde d’azote nitreux Hénault C., Revellin C. En direct des labos (Journal INRA en ligne) 6 septembre © Inra-C.Avisse L’oxyde nitreux (N2O) est un puissant gaz à effet de serre, impliqué (contribuant à) dans l’appauvrissement de la couche d’ozone et qui provient principalement des sols et des activités agricoles. Son émission est évaluée à 6.7 Tg (1Tg = 10004 g) d’azote par an. De nouvelles pratiques agricoles sont explorées visant à réduire les émissions vers l’atmosphère de gaz à caractère émis. En ce sens, les équipes de recherche Inra des unités Agroécologie de Dijon et Unité Science du Sol d’Orléans ont inoculé des plants de soja avec des souches naturelles de bactéries du genre Rhizobia, connues pour leur propriété fixatrice d’azote. Des résultats probants de consommation du gaz à effet de serre N2O ont été obtenus. Dans le sol, la production d’azote nitreux constitue une étape intermédiaire des processus de nitrification et de dénitrification régis par des mécanismes microbiens. La transformation de N2O en diazote (N2), très variable selon les sols, est conduite par l’effet enzymatique de l’Oxyde nitreux réductase contrôlée chez les bactéries par la présence du gène nosZ. Pour réduire l’émission atmosphérique du polluant atmosphérique N2O, les chercheurs ont développé un système consommateur de ce gaz. Le principe repose sur une méthodologie d’ingénierie innovante consistant à amplifier dans le sol la fonction de l’étape de réduction de N2O en N2, tout en ayant pour objectif le maintien de la production agricole, l’utilisation de souches microbiennes naturelles et l’absence de transfert de pollution. Les chercheurs ont alors étudié le potentiel des souches de Bradyrhizobium japonicum, porteuses du gène nosZ codant pour la synthèse de l’enzyme N2O réductase, impliquée dans la transformation de N2O en N2. Le dispositif expérimental est le suivant : 60 plants de soja inoculés et cultivés sous serre pendant 2 mois, ont été répartis (à raison de 4 plants par pot) dans 15 pots de 0.031 m2 contenant 5 kg de terre sèche (sol gleyic lessivé). Les essais, répliqués 5 fois, se décomposent en 3 séries de traitement correspondant à l’inoculation de trois souches
  9. 9. différentes de B. japonicum : (1) USDA110, (2) mutant de la souche USDA 110 sans expression du gène nosZ, et (3) MSDJ G49. La consommation de N2O par les souches de B. japonicum porteuses du gène nosZ a été étudiée à la fois sous serre, sur des plants inoculés de soja cultivés en pots et, sur des nodules détachés soumis, en conditions de laboratoires, à des gradients de concentration en oxygène et en oxyde nitreux différents. Une augmentation de la vitesse de disparition de N2O, proportionnelle à la concentration initiale en N2O a été observée. Ce résultat est intéressant vis‐ à‐ vis de l’utilisation in situ de ces souches car elles seront d’autant plus efficaces que leur environnement sera riche en N2O. Alors que la dénitrification est un processus généralement anaérobie, les nodosités consomment du N2O quelle que soit la concentration en O2 dans la gamme 0‐ 21 %. Ce résultat est particulièrement intéressant. En effet, il suggère que le fonctionnement des nodosités vis‐ à‐ vis de la réduction de N2O ne sera pas cantonné aux conditions anaérobies dans le sol mais pourra aussi s’observer en conditions aérobies, ce qui augmente très significativement le temps sur lequel ce processus pourra fonctionner in situ. Les calculs sur les résultats quantitatifs obtenus ont clairement démontré le bénéfice environnemental de ce processus à l’échelle du champ. L’étude démontre que l’inoculation de cultures de légumineuses par des souches de rhizobium est un domaine prometteur pour atténuer les émissions de N2O par les sols cultivés. Les résultats de ces travaux pourraient utilement trouver application sur le marché des crédits-carbone ainsi que sur celui des inoculants. Contacts : Catherine Hénault catherine.henault@dijon.inra.fr Tél : 03 80 69 30 94 INRA UR0272 USS Unité Science du Sol 2163 avenue de la Pomme de Pin 45075 ORLEANS CEDEX 2 Cécile Revellin cecile.revellin@dijon.inra.fr Tél : 03 80 69 32 94 Inra UMR1347 Agroécologie 17 rue Sully 21065 DIJON CEDEX Sources : Catherine Hénault, Cécile Revellin, « Inoculants of leguminous crops for mitigating soil emissions of greenhouse gas nitrous oxide », Plant Soil, May 2011, 346 : 289-296 Rédacteur : Délégation au Partenariat avec les Entreprises Rubrique : Laboratoires - résultats de recherche http://www.inra.fr/les_partenariats/collaborations_et_partenaires/entreprises/en_dir ect_des_labos/inoculants_de_legumineuses
  10. 10. Cultiver sans herbicides ? Possible dit l'INRA Nicolas Munier-Jolain, Interview article par S. Huet Libération 24 septembre 2012 Peut-on cultiver à grande échelle nos plantes principales sans herbicides ? Ou avec un recours très réduit à ces puissants outils chimiques qui ont joué un rôle décisif dans "l'industrialisation" de l'agriculture ? Il y a plus de dix ans, l'INRA, Institut national de recherche agronomique, a lancé une expérience de longue durée pour étudier cette question sur son site d'Epoisses, près de Dijon (photo d'un des champs expérimentaux). J'invite le lecteur à réfléchir aux relations entre cette approche et le débat soulevé par l'étude de Gilles-Eric Seralini sur un maïs transgénique résistant au Round Up de Monsanto, puisqu'il s'agit d'un des herbicides les plus utilisés en agriculture (lire ici un premier commentaire sur cette affaire). Ci dessous, un reportage paru vendredi dernier dans Libération. «Et voilà notre fierté de l’année.» D’un geste large, Nicolas Munier-Jolain, de l’Inra (Institut national de la recherche agronomique) balaye le champ de blé. Nous sommes début juillet, le grain sera moissonné d’ici peu. Le champ semble banal aux yeux du citadin. L’œil exercé de l’agriculteur, lui, aurait tout de suite repéré des détails révélateurs. Cet étrange mélange de blés sur un seul champ, les uns très «barbus», les autres non. Ou la densité du semis, deux fois plus élevée que d’ordinaire.
  11. 11. Il sursauterait à la vue de ces quelques chardons, des liserons par-ci par-là, grimpant sur les blés, des coquelicots mettant une touche de rouge. Surtout, au milieu du champ, quelques dizaines de mètres carrés où dépassent de nombreuses têtes de vulpins pourraient bien l’alerter (photo à droite, les petits fanions repèrent les taches de vulpin). Des «mauvaises herbes», admet l’agronome qui précise toutefois : «Pas en quantités suffisantes pour affecter réellement le rendement.» Or, poursuit Munier-Jolain, «ce champ n’a pas reçu le moindre traitement d’herbicide depuis douze années consécutives». Le citadin se contenterait de soulever un sourcil, d’opiner que «c’est bien, une agriculture qui pollue moins». Les agriculteurs, dotés de cette information, se montrent très surpris, admiratifs ou dubitatifs, comme en témoignent les visites nombreuses. De leur expérience, c’est un champ de mauvaises herbes qu’ils devraient avoir sous les yeux et non un champ de blé où les mauvaises herbes semblent contrôlées à un niveau acceptable. D’où le «vif intérêt [qu’ils manifestent]», raconte Munier-Jolain. Ce champ de blé si particulier se trouve sur le site d’Epoisses (Côte-d’Or) de l’Inra, près de Dijon. Pas moins de 140 hectares où agronomes, biologistes, ingénieurs et techniciens réalisent des expériences en plein champ, sur «l’agroécologie de la parcelle cultivée». Le domaine provient d’un monastère fondé par les ducs de Bourgogne au XIIe siècle. Il en reste la salle du Chapître, où Nicolas Munier-Jolain relate que ce fameux champ de blé «sans herbicides» n’est pas seul. Avec dix autres champs, il fait partie d’un programme démarré en 1997. A l’époque, l’Inra le recrute dans une équipe chargée d’une nouvelle question : peut-on cultiver sans herbicides, ou à défaut, le moins possible ? Bilan de l’expérience pionnière qui s’y déroule depuis dix ans : «Il est techniquement possible de cultiver à grande échelle nos céréales sans herbicides, ou du moins en réduisant drastiquement leur usage, avec une faible diminution des rendements à l’hectare.» Formidable retournement de situation. Depuis dix mille ans, l’agriculteur lutte contre les «mauvaises herbes». Après les avoir presque inventées. «S’il n’y avait pas d’agriculture, il n’y aurait pas tant de mauvaises herbes», souligne un brin sarcastique l’agronome. Paradoxe ? L’explication se trouve au cœur d’une vision lucide de l’acte et de la geste agricole depuis ses origines. Cultiver un champ, c’est certes fabriquer un garde-manger gratuit et surabondant pour les «ravageurs» (insectes, champignons, herbivores). Mais c’est aussi
  12. 12. préparer le terrain - littéralement parlant - pour les plantes sauvages s’épanouissant dans les mêmes conditions que la plante domestiquée semée (photo, infestation de chardons dans un des champs expérimentaux). L’agriculteur sélectionne et favorise ainsi l’expansion de ces mauvaises herbes de manière involontaire. L’archéologue suit d’ailleurs leur progression, du Moyen-Orient à l’ouest européen, lorsque les agriculteurs y colonisent de nouvelles terres, de 10.000 à 4.000 ans avant J-C. L’agriculteur ne peut se contenter d’observer sans réagir la lutte darwinienne entre son semis et ces adventices (le terme d’agronomie pour les mauvaises herbes) compétitrices. Le combat pourrait tourner au désastre pour son exploitation tant il est inégal. Car la plupart des mauvaises herbes disposent d’une arme absolue : produire un stock de graines dix, cent, cinq cent fois plus nombreux que la plante cultivée. Lors du premier semis dans un champ nouveau, la plante domestiquée se montre souvent capable d’écraser ses compétitrices puisqu’elle domine en nombre de graines. Puis, les adventices vont, année après année, «accumuler dans le sol un énorme stock de graines» qui lui permettra de prendre le dessus. Adieu blé, colza, maïs et orge - donc pain, huile, bière et cochons - bonjour vulpin, chardon, moutarde, renouée, gaillet, folle avoine… Que faire ? Durant des millénaires, l’agriculteur a lutté à l’aide d’outils manuels, pour arracher les mauvaises herbes de son champ. Il s’est attaché à diversifier les cultures dans l’espace et le temps afin de perturber le cycle végétatif de ses ennemies. A intégrer des cultures sarclées, susceptibles de «nettoyer» le champ des mauvaises herbes, et des prairies fourragères entre les céréales. Deux milliards d’agriculteurs, souvent pauvres et aux productions aléatoires, poursuivent ainsi ce combat (ci dessus sarclage au Cameroun, photo piquée sur ce blog). Les pays industrialisés ont, dans les années 50, inventé de puissants produits chimiques herbicides. Couplés aux autres innovations agricoles (mécanisation, engrais, sélection des semences, insecticides et fongicides), ils ont participé à l’explosion des rendements des grandes cultures céréalières depuis un demi-siècle. La production française de blé tendre atteint ainsi près de 80 quintaux à l’hectare en moyenne en 2009, contre 50 à la fin des années 70 et dix seulement vers 1850. Même si cette moyenne d’il y a un demi- siècle était tirée vers le bas par des terroirs à très faible rendement ensuite abandonnés, la progression fut fulgurante.
  13. 13. Le rôle spécifique des herbicides fut de permettre une «simplification et une spécialisation extrême» des systèmes agraires, explique l’agronome. Dès lors qu’il peut écraser les mauvaises herbes sous la puissance de feu de l’herbicide, l’agriculteur peut industrialiser son mode d’action. En Bourgogne, cela donne souvent la rotation simplissime «blé, orge, colza, trois cultures dont le cycle cultural est très similaire», explique Munier-Jolain, aux rendements élevés. Le prix de cette évolution radicale ? La pollution des eaux, une moindre variété de cultures et une synergie avec les insecticides qui sape la biodiversité, l’apparition de résistances qui poussent à l’usage accru des herbicides… le tout se terminant par un système «non durable», insiste Munier-Jolain. Cette absence de durabilité n’est pas seulement biologique mais légale, avec la menace des interdictions de produits chimiques, comme pour l’atrazine sur le maïs dès 2001, puis dans toute l’Union européenne en 2004. L’objectif officiel est de diminuer de 50% les pesticides d’ici à 2018 affirme le plan gouvernemental Ecophyto, dont les herbicides (ici le programme Ecophyto de l'Inra et ses résultats). Mais comment ? Il faut «revenir à l’agronomie», répond l’agronome. D’où, après quelques années de modélisation du «complexe champ et adventices», la mise sur pied d’une expérience à grande échelle à Epoisses, en l’an 2000. Dix parcelles de deux hectares - un petit champ mais représentatif du réel - y sont consacrées. Mission : tester sur la durée quatre stratégies possibles de réduction des herbicides, en double exemplaire, comparées à une culture en agriculture raisonnée. (photo, binage féverole). L’objectif n’était pas de tester un outil agronomique particulier «toutes choses égale par ailleurs», explique Munier-Jolain. Mais une exploitation la plus proche possible des contraintes réelles d’un agriculteur. Jusqu’au bout de l’exercice : le bilan économique, coûts et bénéfices de la vente des produits. Quatre stratégies de «protection intégrée» ont été testées avec différents niveaux de diminution des herbicides - -50%, -70% et -100%. S’y ajoute l’objectif concomitant de diminuer les engrais, les insecticides et les fongicides dans la perspective d’une agriculture économe en «intrants», durable et moins agressive pour les sols et la biodiversité.
  14. 14. Puisque la chimie est exclue, place aux tueurs mécaniques. Passant devant un hangar, l’agronome détaille différents outils de désherbage mis en œuvre par les techniciens de l’Inra sous la houlette de Pascal Farcy. Des herses-étrilles, des bineuses ou des houes rotatives dont les dents arrachent et scalpent les mauvaises herbes entre les rangées. Ou ces bineuses disposant de doigts souples en caoutchouc qui viennent «grattouiller la terre au pied des plantes». (A droite, démonstration pour des membres de CUMA, coopératives d'utilisation du matériel agricole). Le trio blé, orge, colza bourguignon a été délaissé au profit de rotations complexes étalées sur plusieurs années (en agriculture biologique des rotations de huit ans sont courantes). Objectifs : varier les compétitions entre plantes cultivées et mauvaises herbes. Retarder les dates de semis afin de détruire les mauvaises herbes dès qu’elles sortent de terre, et semer ensuite. Ou les étouffer par un semis deux fois plus dense que d’habitude. Introduire «des cultures de légumineuses», dont la luzerne, capables d’utiliser directement l’azote de l’air et donc d’éviter l’usage d’engrais en ravitaillant le sol en matière organique… Le graphique ci-dessous, tiré d'une présentation de Munier-Jolain montre sur l'un des champs expérimentaux avec une réduction d'au moins 70% de l'usage d'herbicides que la rotation complexe et les autres techniques utilisées permettent de maîtriser les mauvaises herbes. Le bilan technique dressé par l’agronome, publié dans des revues scientifiques (1), semble positif. Les analyses des sols par carottages montrent que le stock de semences des mauvaises herbes n’est pas plus élevé qu’il y a douze ans. La biodiversité des sols en micro-organismes a augmenté comme la densité des fouisseurs (vers de terre). Le bilan en terme d’émissions de gaz à effet de serre est neutre. Le travail supplémentaire lié au désherbage mécanique peut se compenser par un étalement des interventions au long de l’année. Et la diminution du rendement est grossièrement compensée par celle des coûts.
  15. 15. Pourtant, Nicolas Munier-Jolain refuse de transformer ce résultat en belle histoire pour écolo urbain. «Il n’y a pas de miracle», préfère t-il avertir. Démonstration par une parcelle du scénario sans herbicide. Le champ est semé de luzerne, fauchée il y a peu. C’est la réponse à une véritable «infestation» de chardons, tandis que de la renouée liseron s’étale partout. Il faudra trois ans de culture de luzerne, fauchée régulièrement, pour que les chardons épuisent leur réserve souterraine (les rhizomes) en cherchant à la dépasser et finissent par mourir. Certes… Mais «je fais quoi de cette luzerne ? Sa vente couvre-t-elle la non culture de blé durant trois ans ?» s’interrogera l’agriculteur. Pour l’agronome, qui se mue en économiste agraire, la question relève moins de la valeur intrinsèque de la production - la luzerne se vend aux éleveurs - que du système économique. Il faut organiser des marchés permettant la commercialisation de productions plus variées, inciter à des productions permettant de s’affranchir des importations de tourteaux de soja pour animaux, déployer une vision agro-systémique à l’échelle régionale… C’est plutôt là que «le bât blesse», admet-il. L’agronomie propose des solutions techniques adaptées et non un illusoire et simpliste retour en arrière au défi des herbicides. Mais le cadre socio-économique susceptible de les accueillir reste à inventer. Sa mise en œuvre transformerait l’économie agraire, les circuits de commercialisation et jusqu’aux paysages en s’attaquant aux monocultures et en promouvant des cultures plus diversifiées. (1) Violaine Deytieux et al, European Journal of Agronomy, 36 (2012) 55 65. Ci-dessous une vidéo de l'INRA où Munier-Jolain explique en quelques phrases cette expérience : http://www.youtube.com/watch?v=4k6agZT4BV4&feature=player_embedded Par Sylvestre Huet, le 24 septembre 2012
  16. 16. Film INRA Web TV 18 min Paillard G. (2012). Le Centre Inra de Dijon. Interprètes : Lemanceau P., Burstin J., Dequiedt S., Steinberg C., Mougel C., Wipf D., Munier-Jolain N., Petit S., Salon C., Reboud X., and al. Ce film invite à découvrir les recherches menées à l'Inra de Dijon : agroécologie, aliment, sensorialité et goût, territoire et développement, écologie des écosystèmes microbiens et aquatiques. L'Inra en Bourgogne La Bourgogne est une région réputée pour offrir de nombreux terroirs, dont certains font l’objet de signes officiels de qualité prestigieux. De grandes parties de territoires marquent leur spécificité agricole (vigne, grandes cultures, prairies…) et l’inscrivent dans le paysage. L’INRA est présent en Bourgogne depuis 1946, date de sa création sur le plan national. Le Centre de Dijon est un centre pluridisciplinaire dont les champs de recherche et d’action correspondent bien aux grandes thématiques nationales de l’INRA, à savoir l’alimentation, l’agriculture et l’environnement. http://www.inra.fr/audiovisuel/web_tv/la_vie_de_l_inra/presentat ion_du_centre_inra_de_dijon
  17. 17. L'agroécologie, un chantier prioritaire pour l'INRA Le Monde.fr 24.04.2013 par Angela Bolis, journaliste au Monde Entretien avec Philippe Lemanceau, qui dirige l'unité Agroécologie à l'Institut national de recherche agronomique (INRA). Pourquoi l'INRA a-t-elle fait de l'agroécologie un de ses deux champs de recherche prioritaires ? On s'est rendu compte que l'agriculture avait, certes, pour objectif la production et la sécurité alimentaire, mais aussi celui de rendre des services environnementaux – éviter de contribuer au réchauffement climatique, empêcher la détérioration des sols, garantir une eau pure, éviter les invasions de pathogène – le tout dans un contexte de forte croissance démographique au niveau mondial. C'est un changement de paradigme : on n'est plus dans l'affrontement entre agronomie et écologie, agriculture productiviste et écosystèmes, mais dans leur réconciliation. Etes-vous déjà arrivés à des résultats que les agriculteurs pourraient mettre à profit sur le terrain ? Pour l'instant, les recherches visent encore à développer les connaissances scientifiques et à tester leur faisabilité : est-ce satisfaisant au niveau agricole, en termes de rendement ; au niveau environnemental (diminution des intrants chimiques, des gaz à effet de serre...) ; au niveau économique, par rapport aux coûts de production et aux marges d'exploitation ; et au niveau social, en termes d'acceptabilité de ces pratiques par le plus grand nombre d'agriculteurs. Sans oublier la dimension politique : quelle sera la part des subventions dédiées à ce type d'agriculture plus écologique dans une future PAC (politique agricole commune de l'UE) ? Toutefois, certaines recherches ont déjà montré des preuves de succès. C'est le cas notamment de dispositifs expérimentaux sur les adventices [mauvaises herbes, dans la terminologie agronomique] : on peut réduire le recours aux herbicides – dont la France est une grande consommatrice – en travaillant le sol de manière particulière, en faisant des rotations de cultures adaptées, en utilisant des plantes "étouffantes", en retardant les dates des semis, en désherbant mécaniquement... Il s'agit de proposer des systèmes
  18. 18. de culture innovants permettant de réduire l'utilisation d'intrants, et de répondre ainsi, en particulier, aux enjeux du plan Ecophyto 2018 visant à réduire l'usage des pesticides. Lire les résultats de dix ans d'expérimentation de l'INRA Dijon Vous êtes professeur en microbiologie des sols. Qu'apporte cette discipline à l'agroécologie ? On a réalisé que les sols sont des environnements vivants, peuplés de milliards de micro- organismes dont on connaît peu la diversité, mais qui jouent un rôle déterminant dans leur fonctionnement biologique, et par conséquent leurs cycles biogéochimiques (stockage du carbone, azote), la biofiltration de l'eau, mais aussi la croissance et la santé des plantes. Certains d'entre eux protègent les plantes contre les maladies en stimulant leurs défenses et en produisant des antibiotiques. Ils peuvent également développer des symbioses qui contribuent à la nutrition minérale des plantes, en particulier en azote. Un des enjeux de nos recherches est donc de mieux connaître la nature des interactions complexes entre plantes et microbes. L'idée est en particulier d'identifier les gènes d'une plante qui lui permettent d'attirer ou de nourrir tout ce cortège microbien autour de ses racines, ces microbes lui offrant en retour de mieux résister à telle ou telle maladie, et d'améliorer sa nutrition. Ces gènes ont pu être perdus au cours des processus de sélection qui ont permis la création de variétés performantes, mais seulement en situation de forte fertilité (grâce aux apports d'engrais). Une fois identifiés, ces traits végétaux favorables aux micro-organismes pourraient être intégrés à une variété par des programmes de sélection variétale. De façon plus générale, il est essentiel de décrire l'immense biodiversité des sols pour mieux connaître ce patrimoine dont les applications potentielles concernent l'agriculture et l'environnement, mais également la biotechnologie, la pharmacie et la phytopharmacie.
  19. 19. L'agroécologie est-elle l'avenir de l'agriculture française ? Le Monde.fr 24.04.2013 par Angela Bolis, journaliste au Monde Jacques Morineau dans son exploitation, le GAEC (Groupement agricole d'exploitation en commun) Ursule, près de Chantonnay en Vendée. Les parcelles sont entourées de haies, qui favorisent la biodiversité. Il faut un œil averti pour identifier de quoi sont plantés les champs de Jacques Morineau, de part et d'autre des chemins de son exploitation vendéenne où bringuebale son vieux 4x4 tout infiltré de poussière de terre. Vingt-neuf variétés y poussent, sur une mosaïque de parcelles où il a mêlé ici du pois et de l'orge, là du blé et de la féverole, ailleurs un carré de maïs entouré de colza, de l'avoine, du sorgho, des prairies et des bosquets, un champ de peupliers... Sans compter les ruches, les vaches et les poulets. Ce savant assemblage ne doit rien au hasard. Le pois et l'orge, par exemple : le premier fixe dans la terre l'azote nécessaire au second, évitant ainsi le recours aux engrais azotés. L'orge, plus fragile, résiste mieux aux maladies quand elle pousse en mélange, l'autre variété empêchant que le pathogène ne contamine tout le champ. Au final, le rendement global de la parcelle s'en trouve accru, assure Jacques Morineau. "On fait l'inverse de la monoculture et de l'agriculture intensive, où on a spécialisé les plantes : on cherche un maximum de diversité génétique", explique le paysan agronome. Les cultures associées sont l'une des méthodes employées dans sa ferme, qu'il a convertie dans les années 1990 à l'agroécologie. Union d'agronomie et d'écologie, ce mot-valise désigne une démarche agricole qui utilise les services rendus par les écosystèmes, plutôt que de chercher à les substituer par des intrants – engrais, pesticides... "Au lieu de lutter contre la nature, on compose avec", résume Benoît Drouin, président du réseau Agriculture durable des Civam. "Mon grand-père était agriculteur à l'époque de la deuxième guerre mondiale, et il mélangeait les cultures. Il faut retrouver la connaissance des plantes et le sens de l'observation."
  20. 20. LA FRANCE, FUTUR LEADER MONDIAL DE L'AGROÉCOLOGIE ? Ces méthodes, si elles restent marginales en France, sont acquises au gré des expérimentations de quelques agriculteurs "pionniers", et de plus en plus explorées par la science agronomique : l'INRA en a fait l'un de ses deux champs de recherche prioritaires en 2010. La démarche a aussi inspiré le ministre de l'agriculture, qui a déclaré vouloir faire de la France un leader mondial de l'agroécologie, et présenté un projet en ce sens fin février. Elle constitue le fil rouge de la future loi d'avenir de l'agriculture, qui est entrée en phase de concertation lundi 15 avril, avant une présentation en Conseil des ministres en septembre. Lire l'entretien : "L'agroécologie, un chantier prioritaire pour l'INRA" Stéphane Le Foll promet notamment de mobiliser 3 millions d'euros dès 2013 dans ce domaine, et de créer des "groupements d'intérêt économique et environnemental" pour permettre aux agriculteurs de s'associer et d'échanger leur savoir. "A ceux qui disent qu'on ne peut pas produire autant avec l'agroécologie, je réponds : "Venez constater avec moi, sur le terrain, que l'on peut faire des rendements de 80 quintaux à l'hectare en blé ou 9 000 litres par an pour une vache laitière avec des systèmes écologiquement performants", assure-t-il dans un entretien à Terra Eco. Lire la réaction de la Fédération internationale de l'agriculture biologique au projet de Stéphane Le Foll sur Basta Mag Dans l'exploitation de Jacques Morineau, les rendements sont légèrement inférieurs à ceux de l'agriculture conventionnelle, du moins en ce qui concerne les céréales comme le blé et le maïs. Mais l'homme se targue, pour compenser une production moindre, d'un gain de qualité : son blé, par exemple, peut être transformé en pain. Et "depuis cinq ans, notre productivité ne fait qu'accroître. Alors qu'avant, en chimique, c'était un échec : les rendements n'augmentaient plus", dit l'agriculteur. Selon lui, il faudrait d'ailleurs, pour comparer, ramener la production à la surface réelle et à l'énergie consommées pour un hectare : lui n'achète ni semences cultivées ailleurs, ni fourrage pour ses animaux, ni engrais ou pesticides. Cette autonomie lui permet, surtout, de réduire ses coûts de production. Les marges qu'il obtient permettent de faire travailler sept personnes dans sa ferme.
  21. 21. Le gendre de Jacques morineau est l’un des sept employés de l’exploitation. Parmi les salariés, le gendre de Jacques Morineau, qui souhaite reprendre l'exploitation avec sa fille, arpente en tracteur un champ de blé et de féverole avant la tombée de la nuit. Autres méthodes expérimentées dans ces champs : l'épandage de bois et de fumier pour favoriser le développement des micro-organismes vivant dans la terre – "base de la productivité des sols" selon M. Morineau –, ou la réduction des labours, pour "ne pas mettre sens dessus-dessous les couches dans lesquelles vit la microfaune du sol". En surface, des insectes prédateurs "auxiliaires", utilisés pour remplacer les insecticides, ont investi les haies qui dessinent les parcelles de l'exploitation. L'agriculteur tente aussi d'agencer les différentes cultures de sorte qu'y circulent les coccinelles, qui mangent les pucerons. "Une sorte de parcours gastronomique", s'amuse- t-il. "C'est une question de regard. Quand mon voisin voit des coccinelles, il se dit qu'il y a des pucerons, donc il traite. Quand j'en vois, je m'en réjouis car elles mangent les pucerons."
  22. 22. L’agro-écologie au carrefour des sciences et des pratiques Inra Actualités, par Eric Lecluyse, publié le 20/06/2013 Priorité de l’Inra, l’agro-écologie explore de nouvelles voies pour améliorer les performances environnementale et économique des exploitations. L’apparition de modèles innovants change la vision scientifique, ce qui tend à modifier la représentation des acteurs du monde agricole. Mots-clés : Agriculture - économie - ENVIRONNEMENT - RESSOURCE NATURELLE - AGRO-ECOLOGIE Le clivage historique entre les sciences agronomiques et l’écologie n’a plus lieu d’être. « Ces disciplines - élevage, génétique, santé végétale et animale… - convergent, et nous travaillons sur les bases théoriques et les applications de ces carrefours, explique Jean- François Soussana, directeur scientifique Environnement de l’Inra. L’enjeu est de taille : il s’agit améliorer les performances des systèmes agricoles, menacés par la montée des aléas, qu’il s’agisse de la variabilité du climat ou de la volatilité des prix » En réalité, l'agro-écologie, un néologisme apparu dans les années 1930, est déjà bien représentée dans la littérature scientifique, notamment à l’Inra, sans forcément être identifiée sous ce vocable. Les mots clés des articles publiés dans ce domaine sont plutôt « biodiversité », « paysage », « écosystème » ou « agriculture biologique »... Concrètement, il s’agit de passer d’une approche individuelle à une approche globale du système agricole. Au lieu d’essayer d’obtenir « l’individu le plus performant dans un environnement optimal » en apportant pesticides et engrais et en spécialisant les territoires, les équipes étudient les « arrangements les plus performants dans des environnements hétérogènes », moins fragiles du point de vue économique et environnemental. Comment favoriser la présence d’espèces auxiliaires qui peuvent aider à contrôler les adventices ou les parasites ? Quelles cultures associer pour valoriser les ressources naturelles ? Comment intégrer au mieux élevage et production végétale sur une exploitation ? Quel est l’impact sur les pollinisateurs de la présence de prairies ? Ces questions sont au cœur de la démarche de certains paysans pionniers de l’agro- écologie, tel Pierre Rabhi. « Des gens ont été innovants et ont apporté de la réflexion,
  23. 23. note Jean-François Soussana. Nous devons maintenant disposer d'innovations accessibles à tous, afin d’avoir un effet d'entraînement sur les multiples systèmes de production.» Le chantier de l’Inra sur l’agro-écologie s’inscrit dans le prolongement d’un mouvement scientifique de fond qui associe dix des treize départements de recherche de l’Inra et qui s’accompagne d’un fort potentiel d’innovation. « Il est caricatural de dire que l’Inra est au service de telle ou telle forme d'agriculture, relève Jean-François Soussana. Il n’y a pas de rupture, mais une prise de conscience de la nécessité de travailler ensemble, pour explorer de nouvelles pistes ». Au domaine expérimental d’Epoisses, par exemple, des essais menés depuis plus de dix ans par l’Inra montrent qu’il est possible d’avoir très peu recours aux herbicides à condition d’optimiser les rotations des cultures. La démarche « Produisons autrement » du ministère de l’Agriculture, de l'Agroalimentaire et de la Forêt encourage cette évolution. Lors de la remise de son rapport sur l’agro-écologie le 11 juin dernier au ministre Stéphane Le Foll, Marion Guillou, ancienne présidente directrice générale de l’Inra, a notamment relevé que « l’agro-écologie ne fait pas baisser les rendements mais prend plus de temps ». Du temps, il en faudra, admet Jean-François Soussana, « mais en développant des théories, des modèles, nous changeons la vision scientifique, ce qui changera la représentation des acteurs à terme. » À ce jour, à l’Inra, neuf centres de recherche possèdent un identifiant en rapport avec l’agro-écologie (trois autres ont des activités qui relèvent de l’agro-écologie) et le nouveau méta-programme (Ecoserv) est entièrement tourné vers les « services de l’agriculture, de la forêt et des hydrosystèmes en fonction des pratiques de gestion ». Signe des temps, un important colloque organisé par l’Inra sur l’agro-écologie, le premier du genre, est programmé en octobre 2013. « Jusqu'à récemment, nous n’avions pas conscience d’avoir autant de travaux en cours dans le domaine. Grâce à cette nouvelle animation scientifique transversale, nous changeons d'échelle », se réjouit Jean- François Soussana. « SOS santé des plantes » : une innovation agro-écologique sur smartphone Lancée en 2011 par une équipe de l’UMR Santé et agro-écologie du vignoble (Inra - Bordeaux Sciences Agro), la plateforme Web ePhytia est rapidement devenue une référence nationale (voire internationale) pour les professionnels et les jardiniers avertis. En quelques clics, guidé par des photos, l’utilisateur peut diagnostiquer la maladie qui affecte ses tomates, salades ou melons. Des versions pour Androïd ou iPhone, baptisées Di@gnoplant, disponibles également pour le tabac et la vigne, sont également téléchargées en nombre. Prévue dans le courant de l’année 2013, l'application Vigipl@nt fera la part belle à la science participative : « Un réseau d’observateurs géolocalisera les maladies, ce qui nous permettra d’anticiper leur développement sur un territoire », précise Dominique Blancard, l’ingénieur de recherche à l’origine du projet. C’est logiquement dans le monde viticole, mieux équipé en smartphones, que ces applications mobiles connaissent la plus forte progression.
  24. 24. Remerciements aux agriculteurs enquêtés, M. Liaigre**, P. Boucheny (CA79), M. Potier (Corab), J.P. Gouraud (Agrobio Poitou-Charentes), J.Lallemand (Syndicat des Eaux du Vivier) et Olivier Caillé (SMEPDEP de la Vallée de la Courance). Financement ANR SYSTERRA ADVHERB (ANR-08-STRA-02) L’intégration d’une luzerne de 3 ans dans la rotation : un atout agronomique, économique et environnemental ! Zone atelier « Plaine et Val de Sèvre » 500 km² au sud de Niort (79) Agriculture céréalière (céréales, maïs, tournesol, pois et colza) 15% de la SAU en prairies (contre 60% en 1970) ZPS au titre du réseau Natura 2000, depuis 2003 Sols argilo-limoneux (groies) peu profonds (20 à 40 cm) RU = 50 à 80 mm En 2010, l’INRA de Dijon (UMR Biologie et Gestion des Adventices), en collaboration avec le CNRS (Centre d’Etudes Biologiques de Chizé), a réalisé une étude des pratiques agricoles sur le territoire sud Deux-Sèvres (zone atelier « Plaine et Val de Sèvre »). François BOISSINOT*, Delphine MEZIERE*, Vincent BRETAGNOLLE** et Nicolas MUNIER-JOLAIN* OBJECTIFS 1. Identifier les stratégies agronomiques permettant aux agriculteurs de réduire leur utilisation d’herbicides, voire de s’en passer totalement (AB). 2. Comparer les performances de durabilité d’une diversité de SdC contrastés en termes de niveau d’usage d’herbicides. IFTH < 1.15 si la rotation comprend au moins 50% de cultures de printemps et/ou pluriannuelles Alternance des périodes de semis (hiver vs. printemps ou été) Insertion de prairies temporaires (3 ans) Diversification des cultures de la rotation Evite une spécialisation de la flore adventice Gestion plus simple et efficace des espèces adventices MATERIEL ET METHODES 28 agriculteurs enquêtés 7 SdC en AB + 21 SdC avec un IFT Herbicides variant de 0.43 à 3.09 5 types de rotations OUTILS D’EVALUATION OdERA-Systemes® - Agro-Transfert Ressources et Territoires Simeq® - Arvalis-Institut du Végétal Indigo® - INRA Nancy et Colmar RESULTATS Succession avec luzerne MSN = [Produit Brut + Aides PAC] – [Charges Opérationnelles et de Mécanisation] Rentabilité Robustesse SdC à IFTH faible + + Diversité des cultures (compensation économique) + recours réduit aux intrants SdC avec Luzerne +++ ++ Faibles coûts de mécanisation + pas ou peu d’intrants SdC en AB ++ +++ Pas d’intrants de synthèse + soutiens publics plus élevés * UMR Agroécologie 17, rue Sully 21065 Dijon cedex francois.boissinot@pl.chambagri.fr ** Centre d’études biologiques de Chizé, CNRS, 79360 Beauvoir sur Niort Consommation totale (directe et indirecte) d’énergie / ha / rotation Echelle de 0 (faible) à 100 (élevée) Labour : très énergivore Intégration de légumineuses : économies sur la fertilisation et la mécanisation CONCLUSION L’intégration d’une luzerne de 3 ans dans la rotation joue un rôle important dans la gestion de la flore adventice. Ses atouts environnementaux (flux d’azote, consommation d’énergie, baisse des intrants), alimentaires (protéines, fourrage) et économiques renforcent son intérêt. En Deux-Sèvres, la luzerne constitue également un milieu très favorable à la préservation de l’outarde canepetière (espèce menacée) Retrouvez l’intégralité de cette étude dans l’article « Réduire l’usage des herbicides en grandes cultures », Phytoma n°649
  25. 25. Role of the AM interaction on S-uptake and S-starvation resistance in Medicago truncatula UMR1347 Agroécologie INRA/Agrosup/Université de Bourgogne ERL 6300 CNRS BP 86510, F-21065 Dijon, France. 1 Pôle IPM. 2 UMR1347 Pôle GEAPSI L. Casieri1, K. Gallardo2, D. Wipf1 Background: - Sulphur is an essential macronutrient for photosynthetic organisms, used to synthesize various molecules essential to sustain cell growth and viability such as amino acids (cysteine and methionine), glutathionine (GSH), thiols of proteins and peptides, membrane sulpholipids, cell walls and secondary products like vitamins, cofactors, hormones and jasmonate. Thus a reduced availability of S can affect growth, development, and response to numerous abiotic and biotic stresses, with dramatic economical impact. - Plants acquire S from soils mainly as sulphate (SO4 2-) through an H+-dependent co-transport process. As consequence of SO4 2- is highly soluble in water and commonly leached from soils by precipitations, leaving the 95% of the S pull in the soil as C-bonded moieties hardly available to plants. During the last three decades anthropogenic S emissions have been strongly reduced in response to increasing environmental and health awareness; consequently, the lack of indirect fertilization by means of S-containing precipitations led to an important rise of S deficiency cases in crop species. - Sulfate absorption through the plasma membrane of root cells and its transport within the plant are under the control of different sulfate transporters. Although our knowledge of SO4 2- transporters has been growing significantly, little is still known about the effect of the AM interaction on sulfur uptake. Lj SULTR-p chr6.CM0314.360 Medtr2g008470 (Mt SULTR1.1) MedtrCU651589 3.1 (Mt SULTR1.2) Medtr5g061880 (Mt SULTR1.3) 100 100 58 53 8 MtSULTRs identified Aims: - To understand Medicago responses to S- starvation at physiological and transcriptional level Medicago truncatula WT (Jemalong, A17) cultivated on sterilized quartz sand Experimental design: In-silico search for Medicago truncatula sulphate transporters (MtSULTRs) in the Mt3.5 v2 genome annotation Effect of AM interaction and SO4 -2 concentration on growth parameters 0 5 10 15 20 25 30 0 µM 1 µM 10 µM 100 µM 1mM 10mM Leafsurface(cm2 ) NM Myc 0 1 2 3 4 5 6 7 0µM 1 µM 10 µM 100 µM 1 mM 10mM Branchlength(cm) NM Myc a * * ** a a b b b a a a bc b c* b a * *** a a b b b a ab ab ab c bc a C, N, S content of above-ground tissues from NM and Myc plants 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 S0 S1µ S10µ S100µ S1m S10m mgC NM Myc a * a a b b c a a ab b b b * ** 0 20 40 60 80 100 120 S0 S1µ S10µ S100µ S1m S10m mgN NM Myc a * a a bc b b a a a ab c b ** * 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 S0 S1µ S10µ S100µ S1m S10m mgS NM Myc a * a a b d c a a b c b e * * *** The evolutionary history was inferred using the Maximum Parsimony (MP). Numbers next to branches represent the percentage of replicate trees in which the associated taxa clustered together in the bootstrap test (2000 replicates). Sequence names consist of accession number and transporter IDs. Species code: At Arabidopsis thaliana; Lj Lotus Japonicus; Mt Medicago truncatula; Os Oryza sativa; Zm Zea mays. 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 S 1 µM S 1 mM S 10 mM NM Myc Medtr5g061880 (MtSULTR1.3) a * ab b b aab * *0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 S 1 µM S 1 mM S 10 mM NM Myc Medtr2g008470 (MtSULTR1.1) a * a a b a a * 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 NM Myc Medtr2g008470(Mt SULTR 1.1) a * b c a * * 0.18 0.20 CU651589-3.1 (Mt SULTR 1.2) * a 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 S 1 µM S 1 mM S 10 mM NM Myc Medtr3g087740 (MtSULTR2.2) a * b b b b a * 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 S 1 µM S 1 mM S 10 mM NM Myc Medtr5g061860 (MtSULTR2.1) a * b c b aa * PhylogenetictreeofplantSULTRs Roots Leaves Myc/NM MtSULTRs transcripts abundance ratios Medtr5g061880 (Mt SULTR1.3) tr B6UC24 Zm SULTR 1.2 tr Q6Z9Y1 Os High aff SULTR sp Q9FEP7 At SUT1.3 sp Q9MAX3 At SUT1.2 sp Q9SAY1 At SUT1.1 tr Q9AT12 Zm SULTR ST1 tr Q8H7X4 Os Os03g0196000 Medtr5g061860 (Mt SULTR2.1) Lj SULTR-p chr6.LjT23A02.80 Medtr3g087740 (Mt SULTR2.2) sp O04722 At SUT2.1 sp P92946 At SUT2.2 tr Q8H7X1 Os Putative SULTR1 Lj SULTR-p chr2.LjT17O14.70 gi 112362444 Lj sst1 Medtr6g086170 (Mt SULTR3.2) sp Q94LW6 At SUT3.5 tr Q8LR58 Os Os01g0593700 Lj SULTR-p chr1.CM0322.220 Medtr1g071530 (Mt SULTR3.1) Lj SULTR-p chr5.CM0024.290 sp Q9SV13 At SUT3.1 tr Q10RF5 Os Os03g0161200 sp O04289 At SUT3.2 tr B6SYY9 Zm SULTR 3.4 tr Q5VQ79 Os Os06g0143700 sp Q9LW86 At SUT3.4 sp Q9SXS2 At SUT3.3 tr B6SXI4 Zm SULTR 4.1 Medtr7g022870 (Mt SULTR4.1) sp Q8GYH8 At SUT4.2 sp Q9FY46 At SUT4.1 sp Q12325 Sc SUL2 S permease sp P38359 Sc SUL1 S permease 100 58 100 73 28 97 84 100 43 16 14 100 91 100 100 92 100 71 94 30 59 99 100 100 84 100 92 100 60 78 100 100 100 0.2 Group 1 Group 4 Group 3 Group 2 - To assess the role of AM interaction on S-uptake and S-starvation resistance Nutrient solutions containing different SO4 -2 concentrations on Rhizophagus irregularis mycorrhized (Myc) and non-mycorrhized(NM) plants Growth parameters and Element content assessment MtSULTRs transcript accumulation in different tissues and SO4 -2 concentrations AM affect significantly the C, N, S content in leaves suggesting direct and/or indirect implication of AM in plant S-starvation resistance - Group 1 MtSULTRs generally induced in roots and repressed in leaves upon AM SO4 -2 concentration MtSULTR 1.1 MtSULTR 1.2 MtSULTR 1.3 MtSULTR 2.1 MtSULTR 2.2 MtSULTR 3.1 MtSULTR 3.2 MtSULTR 4.1 Leaves S1 μM 0.16 0.11 0.11 0.48 0.75 2.76 14.83 0.74 S1 mM 1.72 3.6 0.36 2.72 9.7 6.55 0.97 2.25 S10 mM 0.34 0.51 0.15 5.89 10.8 0.09 0.69 0.61 Roots S1 μM 4.34 15.25 0.95 0.65 1.09 0.41 0.12 2.39 S1 mM 4.12 3.68 0.34 0.71 0.49 0.46 0.1 0.46 S10 mM 11.71 8.11 0.62 0.94 1.32 3.3 1.11 2.14 Leaf surface (a), vegetative organs branch length (b), shoot DW (c) an roots DW (d) average values among biological replicates and St.Err. bars are shown. Significant differences among sulphate concentrations and between Myc and NM plants are indicated by lowercase letters and asterisks, respectively. 0 µM 1 µM 10 µM 100 µM 1mM 10mM 0µM 1 µM 10 µM 100 µM 1 mM 10mM 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 µM 1 µM 10 µM 100 µM 1mM 10mM LeavesDW(g) NM Myc a * * ** a a bc b c a a a b c bc** c 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0 µM 1 µM 10 µM 100 µM 1mM 10mM RootsDW(g) NM Myc d ab ** a b b c c a a a b b b* 0.00 0.50 S 1 µM S 1 mM S 10 mM b b b * 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 S 1 µM S 1 mM S 10 mM NM Myc a * a a b b a * * 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 S 1 µM S 1 mM S 10 mM NM Myc Medtr1g071530 (Mt SULTR 3.1) a * a ba b ab * 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 S 1 µM S 1 mM S 10 mM NM Myc Medtr6g086170 (Mt SULTR 3.2) a * a b ab a * b S-deficiency effects (reduced biomass, shorter branches, fewer and smaller leaves which become soon chlorotic) in NM plants were more evident at concentrations equal or below 100 µM and repressed in leaves upon AM - Group 2 MtSULTRs induced in leaves - Group 3 and Group 4 MtSULTRs differentially affected according to SO4 -2 concentration SO4 -2 concentrations affect significantly the growth of NM and Myc plants, suggesting SULTRs regulation being dependent on S-sensing and availability In-silico search allowed identifying 8 putative MtSULTRs with phylogenetic relations to already characterized Arabidopsis and Rice transporters belonging to all 4 SULTRs groups Transcript analyses revealed a complex picture of S-uptake and mobilization in M. truncatula. SULTRs also belonging to the same group are differentially regulated in leaves and roots according to SO4 -2 concentrations and AM interaction, suggesting a differential contribution to direct- (DS ) or mycorrhizal- (MS) sulphate uptake pathways Main Outcomes:
  26. 26. Technosols to reclaim industrial wastelands: depth distribution of abundance and activity of N-cycling microbial communities Farhan Hafeez1, Fabrice Martin-Laurent1, Aymé Spor1, Marie-Christine Breuil1, Christophe Schwartz2 and Laurent Philippot1 Introduction Technosol construction through assemblage of treated soil and recycled wastes is an innovative technology for the restoration of degraded lands and re-use of industrial wastes1. Recent studies have evidenced that Technosols could support primary production1 but knowledge about other ecosystemic services, such as nutrient cycling, is limited. Nitrification Denitrification NH4 + NO2 - NO3 - amoA The study was carried out on a 1 ha experimental site built in 2007 on industrial wasteland in Homécourt, France. References Acknowledgements: The PhD work was funded by HEC (Pakistan) and Doctoral School of the University of Burgundy (France). This work was part of the ‘Biotechnosol program’ carried out as part of the Gessol program, funded by the French Ministry of Ecology, Sustainable development and Land management in cooperation with the ADEME. We should also like to thank the Valterra Company as well as the GISFI for soil construction and technical assistance. 1INRA, UMR 1347 AgroEcologie , F-21065 Dijon cedex; France, 2Nancy-Université,Laboratoire Sols et Environnement, UMR INRA/INPL 1120, BP 172, F-54505 Vandœuvre-lès-Nancy cedex; France 1. G. Sere et al. 2008. Soil construction: A step for ecological reclamation of derelict lands. J. Soils Sediments 8 130-136. 2. L. Philippot et al. 2009. Mapping field-scale spatial patterns of size and activity of the denitrifier community. Environ. Microbiol. 11:1518-1526. 3. C.J. Phillips et al. 2000. Effects of agronomic treatments on structure and function of ammonia-oxidizing communities. Appl. Environ. Microbiol. 66:5410-5418. Conclusions Both soil properties and abundance of the AOB influenced PNA whereas PDA was mainly controlled by soil properties and, to a minor extent, by the abundances of the nirS denitrifiers (Fig. 4). The correlation between the AOB abundance and potential nitrification suggests that bacteria and not archaea are driving nitrification in Technosols. Despite being artificially constructed, our results showed that the vertical distribution of the microorganisms in Technosols is similar to that observed in other soils with a decrease of both the activity and the abundance of the ammonia-oxidizers and denitrifiers with increasing depth. The type of Technosol also had an impact on the N-cycling communities, especially in the upper horizon. However, Technosol depth was a more important driver of the studied microbial communities than Technosol type. Technosol depth clearly affected the abundance of the N-cycling microbial guilds with decreasing abundances with increasing depth (Fig. 1). AOB were more abundant than the AOA in both types of Technosols. N-cycling activities were comparable to those from agricultural soils and exhibited a gradual change along the profile with decreasing rates as depth increases (Fig. 2). Both potential ammonia oxidation (PNA) and potential denitrification activity (PDA) correlated with the physico-chemical properties but this correlation was stronger for the latter (Fig. 4). The main objective of this work was to study the distribution of key microbial guilds involved in the nitrogen cycle in two types of Technosols and to analyze how they were influenced by changes in Technosol properties along the depth profile. Shifts in the total bacterial community structure were also investigated. Green waste compost, treated industrial soil and paper by-products were staked to built two different Technosols (T1 and T2) at the contaminated site. For both Technosols, the first and second layers consisted of compost and mixture of paper by-products and treated industrial soil respectively. The bottom layer of T1 and T2 was composed of paper by-products and limed paper by- products, respectively. Soil sampling were carried out across 3-horizons (with an approximate depth of 0-15; 15-35; 35-85 cm) from three replicate plots from the two types of Technosols. Materials and Methods Results The abundances of the bacterial (AOB) and crenarchaeal (AOA) ammonia oxidizers and denitrifiers were assessed by quantitative PCR (qPCR) using the genes encoding the catalytic enzymes responsible for ammonia oxidation (amoA), and denitrification (nirK, nirS, nosZ) as molecular markers. Technosol Samples DNA extraction Real time-PCR Amplification Fingerprinting (ARISA) Denitrification Rate Nitrification Rate Spectrophoto- metry Gas- Chromatography A large spatial variability in the genetic structure of the bacterial community was observed between replicates, which prevents drawing robust conclusions on the effect of the Technosol type (Fig. 3). However, significant changes in bacterial community structure with depth were observed suggesting a vertical stratification of bacterial communities (Fig. 3). Potential ammonia-oxidation and denitrification were measured by colorimetry and by the acetylene inhibition technique, respectively. We focused on the ammonia-oxidizers performing the first step of the nitrification process and on the denitrifiers, which are often used as model communities in microbial ecology since they are responsible for N-losses through leaching and gaseous N emissions2,3. Fig. 4. Correlation matrix between the abundance and activity of the ammonia oxidizer and denitrifier communities and the physico-chemical properties of the two types of Technosols. The colour scale above the figure indicates the intensity and the direction of the correlation (red positive, blue negative). Fig. 3. A-RISA profiles from T1 (a) and T2 (b) Technosols, sampled at different horizons. Soil depth (in cm) is indicated above the gel pictures (three replicates per horizon). 856 bp 307 bp 1091 bp 520 bp 0-15 15-35 35-85 cm 0-15 15-35 35-85 cm 0-15 15-35 35-85 cm 0-15 15-35 35-85 cm 0-15 15-35 35-85 cm 0-15 15-35 35-85 cm 856 bp 307 bp 1091 bp 520 bp a) b) 16SrRNA(Crenarchaea) Gravels (0.2-0.5 cm) Olsen P Total CaCO3 pH Organicmatter Fine soil Organiccarbon C:N Total N Clay Fine sand Coarse sand Fine silt Coarse silt Gravels (>0.5 cm) Soil Moisture PDA PNA AOB 16SrRNA(Bacteria) nosZ nirS nirK narG napA 16SrRNA(Crenarchaea) Gravels(0.2-0.5cm) OlsenP TotalCaCO3 pH Organicmatter Finesoil Organiccarbon C:N TotalN Clay Finesand Coarsesand Finesilt Coarsesilt Gravels(>0.5cm) SoilMoisture PDA PNA AOB 16SrRNA(Bacteria) nosZ nirS nirK narG napA Fig. 1. Abundance of the AOB and the denitrifier community in the two types of Technosols (T1 and T2 ) at different horizons estimated by qPCR of amoA, nirK, nirS and nosZ genes. Bars indicate mean ( standard deviation) gene copy numbers per horizon depth and per Technosol (n = 9) expressed per ng extracted DNA. Letters adjacent to the bars indicate the significance of the differences between means. NO2 - NO N2O N2NO3 - nosZ nirK nirS Fig. 2. Potential nitrification (A) and denitrification (B) rates measured at different horizons of two types of Technosols (T1 and T2 ). Means ( standard deviation) per horizon depths and per Technosol are shown (n = 9). Letters adjacent to the bars indicate the significance of the differences between means. Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (A- RISA) was used to study the genetic structure of baterial community. Depth(cm) 0-15 15-35 35-85 0-15 15-35 35-85 nirKgenecopynumberper ngDNA nirSgenecopynumberper ngDNA 103 106104 105 a c a ab c 103 106104 105 b c d a b amoAgenecopynumberper ngDNA(Bacteria) 103 106104 105 c b a nosZgenecopy numberper ngDNA 103 106104 105 bc a c c b (B) Potential denitrification rate ng N2O-N g-1 dw soil min-1 10 200 30 40 b b b b b a 4 Potential nitrification rate ng NO2-N g-1 dw soil min-1 Depth(cm) 0-15 15-35 35-85 0-15 15-35 35-85 1 20 3 (A) a ab b
  27. 27. New hypothesis on the ploidy of the hybrid species Phytophthora alni subsp. alni Genome size comparison using flow cytometry 1Husson C. , 1Aguayo J. , 2Révellin C. , 1Marçais B. and 1Frey P. 1INRA, UMR1136 INRA Université de Lorraine "Interactions Arbres/Micro-organismes", IFR110 EFABA, Centre INRA de Nancy, 54280 Champenoux, France 2INRA, UMR1147 INRA Université de Bourgogne "Agroécologie " , Centre INRA de Dijon, 21000 Dijon, France claude.husson@nancy.inra.fr INTRODUCTION Alnus glutinosa (common alder) is an important species of riparian ecosystems. At the beginning of the 1990s, a new lethal disease was described in the United Kingdom in riparian populations and is now a serious concern for the management of the riverbanks throughout Europe. The causal pathogen, named Phytophthora alni subsp. alni (Paa), is a hybrid species between Phytophthora alni subsp. multiformis (Pam) and Phytophthora alni subsp. uniformis (Pau). One of the parental species, Pau, which is present in Europe and North America but probably exotic to Europe, is supposed to be a diploid species. Pam possesses a polyploid genome and is thought to be tetraploid (Brasier et al. 2004, Ioos et al. 2006, Aguayo et al. in press). In this study, our aim was to determine the relative genome size and the ploidy level of the hybrid species Paa using flow cytometry (D’Hondt et al. 2011) and Real-Time PCR. Foliage symptoms on alder Flame-shaped bark lesion CONCLUSION RESULTS Results of both methods are consistent and indicate that Paa contains half of the genome of each parental species. Thus, hybridization led to a reduction in chromosome number, as in the case of homoploid hybridization. As a result, the hybrid Paa is most probably a triploid species. This ploidy level may explain that oospores viability of Paa is low and that no germination was observed (Delcan and Brasier 2001). Such a ploidy level in hybrid species has already been described in plants species (Palop-Esteban et al. 2007). Determination of the ploidy level is of fundamental importance to characterize the population genetic structure which is mostly based on allele frequencies. Pam:Paaratios Pam : Paa ratios for the allele PAM1 of GPA1 gene MATERIALS and METHODS Determination of ploidy level using real-time PCR Aguayo, J., Adams, G. C, Halkett, F., Catal, M., Husson, C., Nagy, Z. A., Marçais, B and Frey, P. Strong genetic differentiation between North American and European populations of Phytophthora alni subsp. uniformis. Phytopathology (in press) Brasier C.M., Kirk S.A., Delcan J., Cooke D.E.L., Jung T. and Man in´t Veld W.A. Phytophthora alni sp. nov. and its variants: designation of emerging heteroploid hybrid pathogen spreading on Alnus trees. Mycological Research, 108: 1172–1184 (2004) D’Hondt L., Höfte M., Van Bockstaele E. and Leus L. Applications of flow cytometry in plant pathology for genome size determination, detection and physiological status. Molecular Plant Pathology, 12: 815–828 (2011) Delcan J. and Brasier C. M. Oospore viability and variation in zoospore and hyphal tip derivatives of the hybrid alder Phytophthoras. Forest Pathology, 31: 65-83 (2001) Ioos, R., Andrieux, A., Marçais, B. and Frey, P. Genetic characterization of the natural hybrid species Phytophthora alni as inferred from nuclear and mitochondrial DNA analyses. Fungal Genetics and Biology, 43, 511-529 (2006). Fluorescencepeakpositions Total nuclear DNA content: Paa = (Pam + Pau) x 0.5 Pau or Pam : Paa ratios genes Allele PAU Allele PAM1 Allele PAM2 ASF-like 1.9 2.0 1.9 GPA1 2.6 2.0 2.2 RAS-Ypt 2.5 2.1 1.9 Mean (95%CI) 2.3 (1.9-2.7) 1.9 (1.7-2.2) The number of copies of each allele is approximately 2 fold higher in the parental species than in the hybrid species Zoospore concentrations Paa Pam Pau Fluorescence intensity Comparison of genome size using flow cytometry fluorescence number of cycle sporangia Release of zoospores Fluorescent staining of nuclear DNA in zoospores 1- Preparation of zoospore suspensions in Tris-EDTA buffer • Production of sporangia in river water from 3 days old colony of P. alni. Addition of cold ultra-pure water in place of river water to release zoospores. Vortexing of zoospore suspensions, storage for 1 h at 4°C (encystment) • Filtration of suspensions using 10 µm pore membrane filters to trap zoospores. Incorporation of filters in a new tube containing Tris-EDTA buffer and vortexing to release zoospores • Zoospore concentrations measured by using a haemocytometer 2- Flow cytometry analysis • Addition of Rnase into zoospore suspensions and staining nuclear DNA content with Propidium Iodide • Measurement of fluorescence emission using a flow cytometer (Cyflow blue, Partec) • Relative genome sizes calculated from the ratios between the peak position of each Phytophthora species 3- Allele-specific real-time PCR • Design of 9 allele-specific primer pairs and probes for three single copy nuclear genes: ASF-like, GPA1, RAS-Ypt • DNA extraction of calibrated zoospore suspensions for 6 isolates per species • Quantitation of the number of copies of alleles for each gene using real-time PCR (Taqman®) PAU PAM1 PAM2 P. alni alni P. alni uniformis PAU P. alni multiformis PAM1 PAM2 Hybridization event: based on 4 nuclear genes, Paa possesses at least 1 copy of alleles PAU, PAM1 and PAM2 from its parental species (Ioos et al. 2006) PAU PAM1 PAM2 P. alni alni P. alni uniformis PAU P. alni multiformis PAM1 PAM2 2n 4n 3n 2n 4n ? ? n PAU PAM2 PAM1 Zoospore concentration (log) Cyclethreshold(Ct) 32 33 34 35 36 37 38 39 • Quantitative PCR on the three alleles (PAU, PAM1, PAM2) per gene • Comparison between Pau or Pam and Paa of the amount of amplified DNA  Calculation of Pam : Paa and Pau : Paa ratios • A difference of 1 Ct represents a 2 fold higher DNA quantity Fluorescence peak of the isolate Pau300 Gate R1 represents the zoospore population Cycle threshold Paa isolates Pam isolates Genome size estimation is based on the comparison of the amount of fluorescence emitted by DNA stained with an intercalating fluorochrome (PI) Mean (95% CI) = 0.49 (0.45–0.53)
  28. 28. Winter disease development Development stage 2 nodes Development on spike Seed-borne Inoculum Soil-borne inoculum Soil surface inoculum Saprophytic survival of Fusarium graminearum in crop residues Conclusion : There is no early indicators enabling to predict and control FHB. Part of the life cycle of F. graminearum relies on a saprotrophic phase during which the fungus seems to exhibit weakness. Therefore, the management of crop residues appears as the key point to control the development of FHB. A strong emphasis should be placed on the biological decomposition of crop residues at the soil surface or/and on the use of suppressive intermediate crops such as mustard to limit the soil inoculum potential of saprotrophic F. graminearum. Saprophytic survival of Fusarium graminearum in soil in presence of various crop residues Population dynamics of F. graminearum were assessed in controlled conditions (small microcosms) by Q PCR measurements J. Leplat1, L. Falchetto2, P. Mangin2, C. Heraud1, E. Gautheron1, N. Gautheron1, V. Edel-Hermann1, C. Steinberg1 1 INRA, UMR1347 Agroécologie 17 rue Sully, BP 86510, F-21000 Dijon, France. http://www6.dijon.inra.fr/umragroecologie 2 INRA, UE Domaine d’Epoisses, F-21110 Bretenières, France Email : christian.steinberg@dijon.inra.fr This poster reports part of a PhD work (J. Leplat) funded by the Vitagora–FUI programme Farine+ 2007–11 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Days 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Days Number of DNA copies.g-1 of matrix Number of DNA copies.g-1 of matrix Relative contribution of different sources of inoculum in the development of Fusarium diseases Soil No crop residues Seed-borne inoculum Buried crop residues Soil-borne inoculum Air-borne inoculum Crop residues on the surface Weeds, Adjacent plots Winter development of the disease Development stage 2 nodes Development of the disease on spike C/N 14 116 Fusarium Head Blight (FHB) is one of the most important disease altering wheat crops. A field experiment was conducted i) to better understand the saprotrophic development of Fusarium graminearum and its consequences on FHB, ii) to characterize the relative importance of the different sources of FHB inoculum and the accumulation of mycotoxins in grains and subsequently, iii) to determine early indicators of future disease development on ears and accumulation of mycotoxins in grains. No correlation Relationship between early symptoms and the severity of Fusarium Head Blight - No correlation between early symptoms and FHB => No early indicators - Climate plays a decisive role - Image analyses (not shown here) of spikes and spikelets revealed a positive correlation between symptoms and mycotoxin contents - Air borne inoculum was not taken into account in this study. - Crop residues left on the surface are the main source of FHB symptoms => they need a specific focus ! - Three wheat varieties (susceptible to resistant to FHB) - Various sources of inoculum of F. graminearum (seed, soil, buried and non buried crop residues) - 3 replicates/treatment, bioassay was performed two consecutive years - Measurements (field and lab) were carried out throughout the duration of the culture Symptoms No symptoms Disinfected soil + wheat residues Disinfected soil without residues Natural soil + wheat residues Natural soil without residues Soil + Maize residues Soil + Wheat residues Soil + Rape residues Soil without residues Soil + Mustard residues Soil + Alfalfa residues The soil-borne biota limits F. graminearum development The wheat residues provide exploitable resources for F. graminearum and consequently promote its saprotrophic survival. The exploitation of trophic and spatial resources provided by the crop residues depends on their nature (previous crop and C/N) : maize stubbles provide a greater carrying capacity than wheat straw and rapeseed residues while mustard has a suppressive effect for the fungus. The growth promoting effect of Alfalfa for F. graminearum is likely due to the rich N content of the residues but this effect is short-lived because its decomposition is probably also facilitated by the presence of N Leplat, J., H. Friberg, M. Abid, and C. Steinberg. 2013. Survival of Fusarium graminearum, the causal agent of Fusarium head blight. A review. Agronomy for Sustainable Development 33:97-111.
  29. 29. Assessment of functionality and integrity of the model FIGURE 4. Assessment of functionality and integrity of the FAE model. Development of an improved in vitro model of human intestinal follicle associated epithelia to study cellular and molecular interactions of Candida albicans with M cells. LÓPEZ ALAYÓN Carolina, ALBAC Sandrine, SAUTOUR Marc, DALLE Frédéric Agroécologie UMR 1347 Agrosup, INRA, Université de Bourgogne. Pôle Microbiologie Environnementale et Risques Sanitaires (MERS), 7, Boulevard Jeanne d'Arc BP 87900 - 21079 DIJON CEDEX, France TEER (Ωcm2) 203±68 445±62 Our results reported that adherence of Candida albicans SC5314 is greater in cultures containing M cells-like (co-cultures) than layers containing Caco-2 cells only (mono-cultures). Candida albicans seems to adhere preferentially to cells expressing the Glycoprotein 2 (M cell label) on its apical side. Candida albicans can cross more easily through the cellular layers containing M cells-like as compared to Caco-2 cells alone. CONCLUSIONS MONO-CULTURECO-CULTUREMONO-CULTURECO-CULTURE GLYCOPROTEIN2GLAECTIN9 i j k l m n o p 1. M CELL MARKER 2. UEA-1 3. DAPI 4. MERGE a b c d e f g h Method: 1. M cells (green) on the cell layers were stained (I and m) with a polyclonalIgG goat anti-galectin9 antibody (Santa cruz) or (a and e) with a polyclonal IgG rabbit anti-GP2(Imgenex) and were revealed with an Alexa fluor 488 rabbit anti-IgG goat (Invitrogen)or an Alexa fluor 488 goat anti-IgG rabbit antibody respectively(Invitrogen). 2. Enterocytes(red) were labelledwith the UEA-1 (ulex europaeusagglutinin1) lectin ((Sigma). 3. Nuclei (blue) were revealed with a DAPI staining (Invitrogen). 4. Merge: Overlap of the three differentstaining. Method: Cell layers were fixed and processed for SEM analysis. M cells were identified by their lack or fewer microvilli at their apical surface (c and d). Mono-cultureswere used as control(a and b) (M = M cell ; E = enterocyte). Candida albicans is a commensal inhabitant of the human mucosa causing harmful invasive infections in immuno-compromised patients, taking origin mainly from the gastro-intestinal tract. A better understanding of the mechanisms by which C. albicans interacts with the intestinal mucosa will improve our knowledge of the physiopathology of disseminated candidiasis. C. albicans can grow upon mucosal surfaces in both the yeast and the hyphal forms, the transition from the yeast to the hyphal form playing a key role in its virulence. Mucosal immunity contributes to both commensalism and pathogenicity of the fungus, possibly through presentation of C. albicans antigens to the underlying organized lymphoid structures via transcytosis that could probably be mediated by the specialized epithelial M cells. With this aim, we developed an in vitro model of the human intestinal Follicle Associated Epithelium (FAE) where enterocytes of the Caco-2 cell line in close contact with mucosal lymphocytes differentiate in M cells. Studying adherence, invasion and translocation of C. albicans across co-cultures suggest that C. albicans interacts differentially with M cells / enterocytes co-cultures as compared to mono-layers of Caco-2 cells alone. The uptake mechanism allowing C. albicans to translocate across the co-culture model is under investigation. Moreover, the respective contribution of the yeast and hyphal forms to this process will be studied using KO mutants of C. albicans unable to produce hyphae. Finally the cytokine production resulting from C. albicans and M cells / Caco-2 co-cultures interaction will be studied. ABSTRACT INVERSED FAE MODEL Membrane PE Seeding of Caco-2 cells D 0 Reverse inserts D 3-5 Co-culture D 14-16 In-vitro FAE model D 19-21 Culture of Caco-2 cells PE Membrane Basolatéral side Apical side B Raji Lymphocytesi Microparticles silicone rubber M cells Upper insert side Lower insert side Membrane PE Seeding of Caco-2 cells D 0 Reverse inserts D 3-5 Co-culture D 14-16 In-vitro FAE model D 19-21 Culture of Caco-2 cells PE Membrane Basolatéral side Apical side B Raji Lymphocytesi Microparticles silicone rubber M cells Upper insert side Lower insert side FIGURE 1. Time scale of the protocol to obtain an optimized inverted in vitro FAE model as described by Des Rieux et al. (1) VALIDATION AND CHARACTERISATION OF THE FAE MODEL Localisation of M cells in the co-cultures FIGURE 2. Identification of M cells by immunofluorescence analysis. GP2 and Galectin-9 expression was increased on the apical surface of the co-cultures, suggesting the presence of M cells in the layer of cells (2) The UEA staining decreases in the co-cultures layers as compared to mono-cultures conditions, suggesting changes in the apical membrane components induced by the contact of lymphocyte B with enterocytes (2). Mono-cultures were used as a control. CO-CULTUREMONO-CULTURE a b c d M M E Mono-cultures: <1% of M cells Co-Cultures: 5% of M cells FIGURE 3. Visualization of M cells by Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. References • des Rieux et al., 2007, European journal of pharmaceutical sciences, 3 0 ( 2 0 0 7 ), 380–391 • Pielage et al., 2007, The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 39 (2007), 1886–1901 ACKNOWLEDGEMENTS This work was supported by the Agence Nationale de la Recherche (grant ANR-08-MIEN-033–01), the University of Burgundy and the Hôpital du Bocage, Dijon. INTERACTION OF C. albicans WITH FAE MODEL 0,E+00 5,E-09 1,E-08 2,E-08 2,E-08 3,E-08 0,E+00 2,E-06 4,E-06 6,E-06 8,E-06 1,E-05 CO-CULTURES MONO-CULTURES Papp10KDaDextran-FITC(cm/s) %oftransportednanoparticles 0,2 µm nanoparticles 10KDa FITC-Dextran Transepithelial electrical resistance (TEER) decrease is considered to be a result of Caco-2 cell conversion into M cells. The observed TEER values were in the range reported in the literature for both co-cultures and mono-cultures with good tightness (1). 10KDa FITC-Dextran apparent permeability (Papp) were 10 fold higher in co-cultures as compared to mono-cultures, suggesting that this molecule may cross the epithelial barrier at the paracellular level and/or by transcytosis (1). The number of transported nanoparticles was 20 fold higher in co-cultures than in mono-cultures suggesting that this molecule may cross the epithelial barrier by transcytosis (1). Method: To quantify transcytosis function and permeability of the tissue: 4.5×108 nanoparticles/ml (0.2 µm FITC-labelled carboxylated nanoparticles)(Invitrogen) and 1mg/ml of 10KDa FITC-dextran suspended in HBSS, were added to the apical pole of the cellular layers. After 4h at 37 ◦C of incubation, the number of transported nanoparticles was evaluated by flow cytometry and the amount of transported 10KDa FITC-dextran was measured by fluorimetry. Integrity of the tissue was also measured by analysis of TEER (trans epithelial electrical resistance). TEER was measured using a Millicell®-RES(Millipore,Billerica,MA.) ohmmeter. Values appear down each group results. Each condition was tested in triplicate. FIGURE 8. Co-localisation of C. albicans SC 5314 with M cells of the FAE model 1. GP2 2. UEA-1 3. CALCOFLUOR WHITE 4. MERGE MONO-CULTURECO-CULTURE a b c d e f g h Method: Cultures were infected with 107 C. albicanslog phase for 2 hours. After rinsing, cultures were fixed and stained as described above. 1. M cells (green) and 2. Enterocytes(red) were labelled as describe above. 3. Adherent yeasts (blue) were revealed with a calcofluorwhite staining. 4. Merge: overlap of the three different staining. Adherence of C. albicans was increased in co-culture conditions Adherent yeasts mostly co- localised with GP2 stained cells, suggesting that yeasts preferentially adhered to M cells. FIGURE 5. Adherence of C. albicans SC 5314 FIGURE 6. Percentage of invasion of C. albicans SC 5314 FIGURE 7. Determination of the C. albicans SC 5314 transport through the mono- and co- cultures. 0,E+00 2,E-04 4,E-04 6,E-04 8,E-04 1,E-03 1,E-03 1,E-03 2,E-03 2,E-03 2,E-03 CO-CULTURES MONO-CULTURES %oftransportedyeasts Adherence of C. albicans SC 5314 was 2 fold higher in co-cultures as compared to mono- cultures, suggesting that C. albicans interacts preferentially with M cells of the co-culture layers. Method: The reference strain C. albicans SC 5314 was grown in liquid YPD (1% yeast extract, 2% bacto-peptone, 2% D-glucose) medium at 37°C overnight, with shaking. Prior to use C. albicans cells were diluted to a OD of 0,3 (600nm) into fresh liquid YPD medium and grown to log phase for 2 h at 37°C. Cultures of epithelial cells were infected with 4 x 104/ml of C. albicans log phase, for 30 minutes. After rinsing, cultures were fixed and stained with a rabbit polyclonal anti-C. albicans antibody (Acris) and with an Alexa fluor 488 goat anti-rabbit secondary antibody (Invitrogen). The percentage of adherence was determined as the ratio of the number of adherent yeasts to the number of C. albicans cells inoculated. Each condition was tested in triplicate. Invasion of C. albicans was significantly increased in co-cultures after 2 hours of incubation as compared to mono-cultures, suggesting that C. albicans can penetrate more easily into layers containing M cells. Method: C. albicans was grown as described above. Cultures were infected with 4 x 104/ml of C. albicans long phase, for 1, 2 or 3 hours. After rinsing, cultures were fixed and stained as described above. After permeabilisation both invasive and adherent yeasts were stained with calcofluor white. The percentage of invasive C. albicans cells was determined as the ratio of the number of [partially] internalized cells to the total number of interacting cells. Each conditionwas tested in quadruplicate Method: Cultures were infected with 107/ml of C. albicans log phase for 24 hours. Then, the totality of the basolateral medium was taken and sowed in YPD plates, at 30°C for 2 days. The number of colonies grown on plates was then counted. Finally, the percentage of translocation was estimated by the ratio of the number of colonies to the total number of yeasts inoculated. Each condition was tested in triplicate. After 24h of infection, translocation in co- cultures was 19 fold higher than in the mono- cultures, suggesting that translocation of C. albicans is facilitated by M cells. 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 CO-CULTURES MONO-CULTURES %ofadherence 0 10 20 30 40 50 60 1h 2h 3h %ofinvasion CO-CULTURES MONO-CULTURES
  30. 30. REFERENCES • Jeandroz, S., Murat, C., Wang, Y. J., Bonfante, P. & Le Tacon, F. (2008). Molecular phylogeny and historical biogeography of the genus Tuber, the 'true truffles'. Journal of Biogeography 35(5): 815-829. • Murat, C., Riccioni, C., Belfiori, B., Cichocki, N., Labbe, J., Morin, E., Tisserant, E., Paolocci, F., Rubini, A. & Martin, F. (2011). Distribution and localization of microsatellites in the Perigord black truffle genome and identification of new molecular markers. Fungal Genetics and Biology 48(6): 592-601. • Riccioni, C., Belfiori, B., Rubini, A., Passeri, V., Arcioni, S. &Paolocci, F. (2008). Tuber melanosporum outcrosses: analysis of the genetic diversity within and among its natural populations under this new scenario. New Phytologist 180(2): 466-478 • Song, M. S., Cao, J. Z. &Yao, Y. J. (2005). Occurrence of Tuber aestivum in China. Mycotaxon 91: 75-80. GENETIC DIVERSITY OF TUBER AESTIVUM / UNCINATUM RESULTS  Tuber aestivum-uncinatum ( the Burgundy truffle ) forms ectomycorrhizas with different host trees (oaks, hazels..).  This species has a European wide distribution and is also found also in North-Africa and China (Song et al., 2005 ; Jeandroz et al., 2008).  Its taxonomical status is unclear : Morphological and ecological polymorphisms exist but no genetic differentiation indicating the existence of two different species is found. Tuber aestivum-uncinatum is one species with different ecotypes. (Molinier et al, in prep)  No population genetic study using specific genetic markers has been performed at the European scale previously.  Here, we are reporting the first development of specific microsatellite markers (SSRs) in this species. Our Goal : To infer the evolutionary history of the species and perform a population genetic study using samples from different European populations GENERAL BACKGROUND & GOAL In this study, we report the first identification of polymorphic microsatellite markers (SSRs) of Tuber aestivum - uncinatum by using direct shotgun pyrosequencing (DSP). Fifteen polymorphic SSRs were identified. Preliminary analyses show a relative high polymorphism. A future population genetic study performed with more samples from different populations in Europe should confirm the strong polymorphism found in Tuber aestivum. The future study should address several questions : (1) species genetic distribution within Europe? (2) Is there any population containing non shared alleles? Are there some differentiated populations in which no gene flow has taken place? METHODS & STRATEGY • 1st Step : Development of specific SSR markers by Direct Shotgun Pyrosequencing (454) on genomic DNA extract. • 2nd Step : Population genetic study : Genotyping of a total of 320 samples coming from 30 different European populations. 1. DEVELOPMENT OF SSR MARKERS BY DIRECT SHOTGUN PYROSEQUENCING 4% agarose gel showing the different alleles for 1 SSR marker and 7 truffle isolates. 454- pyrosequencing run (Génoscope) => 534620 reads (average length mean = 561 bp) Reads < 300 pb or Reads with at least one « N » were removed. 411374 reads kept SSRs identification (tri-, tetra-, penta- & hexa-nucleotide repeats) with MISA. Conditions: •More than 5 repeats •SSRs separated by more than 1bp were considered as different SSRs •SSRs must begin between 100 and 300 bp from the 5’ end of the reads. 5265 reads kept (excluding Di-): Tri = 3568, Tetra = 1248, Penta = 324, Hexa = 125 Blastx search against nr database was performed SSRs with more than 10 repeats were kept 2126 reads kept Tri = 114 reads Tetra = 42 reads Penta = 23 reads Hexa = 2 reads Total= 181 reads Different softwares used to develop primers and test them in silico : « Websat », « Oligo Analyzer 3.1 » and« AmplifX ». 40 SSRs kept and their relative primers designed PCR tests with DNA extracts from several truffle ascocarps 25 SSRs easily amplified Polymorphism test on 14 samples from different populations by selection after visualization on a 4% agarose gel 15 polymorphic SSRs kept for the study 2. PRELIMINARY GENOTYPING ON 84 TRUFFLE ISOLATES Locus name SSR Motif Tm (°C) SSR Size range (bp) Number of alleles Number of expected alleles Expected Heterozygoty aest1 (CCACTC)10 60 236-296 7 4.065 0.754 aest6 (AGTAAT)6 60 212-236 5 2.697 0.629 aest7 (ACAGC)6 60 256-286 6 3.929 0.745 aest10 (AGTAC)6 60 280-310 6 4.618 0.783 aest15 (GGATG)6 60 297-322 4 1.849 0.459 aest18 (ACTG)11 60 136-156 5 2.285 0.562 aest24 (TCA)18 60 292-319 8 4.558 0.781 aest25 (ATT)10 60 122-140 5 3.402 0.706 aest26 (TAT)11 60 124-178 9 4.948 0.798 aest27 (TCA)18 60 314-341 8 4.121 0.757 aest28 (TCA)18 60 344-452 15 7.171 0.861 aest29 (AGTAC)6 60 186-226 7 4.748 0.789 aest31 (CCTAC)6 60 285-325 9 4.388 0.772 aest35 (TTTC)10 60 124-160 4 1.891 0.471 aest36 (GACT)13 60 310-350 8 3.216 0.689 Molinier V.1, Murat C.2, Morin E.2, Wincker P3, Gollotte A.4, Martin F.2, Wipf D.1 1UMR Agroécologie INRA 1347/AgroSup/uB, Pôle IPM ERL CNRS 6300- Dijon - France, UMR 1136, IAM INRA-Nancy Université - Champenoux – France, 3Centre National de Séquençage-Génoscope, 4Inoplant, Aiserey, France. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 MeanofGenotypicDiversity(Squares) MeanNumberofGenotypes(Triangles) Number of loci Figure 1 : Plots of the mean number of genotypes and genotypic diversity versus the number of loci.  84 isolates from 9 European populations were used.  Genotyping was performed with the 15 specific SSR markers.  69 different multilocus genotypes were identified out the 84 T. aestivum isolates (Figure 1)  Genotypic diversity was 0.993.  Number of different alleles (Na) per locus varied from 4 to 15 (mean = 7.067; SE = 0.714) (Table 1)  Number of expected alleles (Ne) per locus varied from 1.849 to 7.171 (mean = 3.859; SE = 0.357)  As expected, no heterozygosity was found as ascocarp (haploid) were used (Riccioni et al., 2008 ; Murat et al., 2011)  Expected heterozygosity (He) values range from 0.449 to 0.861 ( mean = 0.704; SE = 0.031) Table 1 : Characteristics of the 15 SSRs selected CONCLUSION

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