Avec le scanner, en terre inconnue : Comment observez-vous les racines se développer ?

14 décembre 2017 Temps de lecture : 4 minutes

Comment observez-vous les racines d'une betterave à sucre se développer à 1,50 mètre de profondeur ? C'est assez simple. Tout ce dont vous avez besoin est un outil de forage, de longs tubes en plexiglas, un scanner spécial, de nombreux logiciels de reconnaissance d’image - et une équipe de recherche KWS expérimentée.

Dans le champ : Benjamin Gruber prépare le scanner pour détecter le système racinaire dans le sous-sol.

Dans le champ : Benjamin Gruber prépare le scanner pour détecter le système racinaire dans le sous-sol.

Les profondeurs de l'océan sont probablement mieux explorées que les racines finement ramifiées des plantes dans le sol. Ce sont les racines qui déterminent dans quelle mesure le maïs, les betteraves ou d’autres plantes absorbent l’eau ou les éléments nutritifs du sol. Elles déterminent donc aussi, dans une certaine mesure, combien l'agriculteur doit irriguer ou fertiliser. Par conséquent, les racines jouent un rôle important dans la sélection de nouvelles espèces végétales résistantes à la sécheresse ou économes en azote.

Dans quelle mesure les plantes gèrent-elles le stress ?

Au département de recherche de KWS, l'Australien Benjamin Gruber et ses collègues expliquent comment on peut observer, évaluer et quantifier la croissance des racines. Son objectif est de tester des centaines de plantes dans un court laps de temps, afin de voir dans quelle mesure elles peuvent faire face à un stress abiotique tel que la sécheresse ou le manque de nutriments. C’est l’une des conditions préalables à l’identification de nouveaux gènes chez les plantes qui assurent des rendements stables et une tolérance à la sécheresse. Les deux sont des objectifs de sélection majeurs chez KWS.

Observer les racines et leur croissance en détail n’a rien de banal : Un mètre carré de champ de céréales contient entre 50 et 90 kilomètres de racines (environ 40 à 60 kilomètres pour le maïs et 20 à 50 kilomètres pour la betterave à sucre). Les racines de la betterave à sucre pénètrent jusqu'à cinq mètres de profondeur dans la terre. Les "poils" les plus fins sont toujours plus minces qu'un cheveu humain. Comment pouvez-vous obtenir une image précise ?

Creuser, rincer et mesurer

Une approche validée avec le maïs suit l’approche relativement simple appelée « shovelomics » : Cette « recherche à la pelle » consiste à déterrer la plante avec ses racines qui sont ensuite soigneusement nettoyées de la terre qui les recouvre. La racine peut ensuite être mesurée optiquement à l'aide de caméras et de logiciels. A partir d’images multiples, les spécialistes en analyse d’images et les bio-informaticiens calculent le nombre et l’épaisseur des racines ainsi que leur angle par rapport à la tige de la plante.

Dans les profondeurs :  le scanner disparaît sous le champ.

Dans les profondeurs : le scanner disparaît sous le champ.

Des informations sur les ramifications des racines principales et secondaires et de nombreuses autres caractéristiques sont également enregistrées. « Si nous avions seulement une ou quelques plantes, ceci pourrait être fait visuellement. Mais pour créer un outil efficace pour la sélection des plantes, nous devons collecter des centaines, voire des milliers de racines. Ceci n'est possible que de manière numérique et automatisée », déclare Gruber. Pour mesurer la couronne racinaire, son équipe coopère avec le centre de recherche de Jülich. Ce n'est pas le seul exemple de coopération : KWS coopère au niveau international avec de nombreux partenaires. Ceux-ci incluent des universités, d'autres instituts et également des entreprises.

Images des profondeurs

Après ce type de recherche concret, la plante examinée n’est plus viable. Une surveillance continue dans des conditions réelles sur ou sous le terrain serait meilleure. Gruber perce des trous dans le sol des parcelles de betteraves avec un outil de forage spécifique. Il place ensuite des tubes transparents dans le sol. Grâce à un scanner spécial, il est capable de capturer des images des racines en croissance. En balayant à des intervalles de quelques jours ou quelques semaines, il est capable de recevoir une image en continu des profondeurs.

Toutefois, ce qui semble simple implique de nombreuses tentatives, variations et ajustements. Les employés de l'atelier de KWS sont habitués à ce que Gruber leur assigne des tâches spéciales. Et il n'irait pas loin en travaillant seul, affirme lui-même le biotechnologiste. Les agents de terrain l’aident à percer les trous. Plusieurs sélectionneurs indiquent les caractéristiques souhaitées et recherchées des plantes. Les spécialistes de la détection d'images KWS contribuent à la détection du système racinaire. La sélection moderne des plantes n’est possible qu’avec l’interaction de nombreux experts.

  • L'équipe chez KWS

    Explorer les racines ouvre un potentiel énorme pour les sélectionneurs de plantes.

    Benjamin Gruber, Chercheur, spécialiste de l’enracinement des racines
    kws_wurzelforscher_benjamin_gruber_portrait_auf_dem_feld.jpg

« KWS est en train de créer une nouvelle boîte à outils pour suivre la croissance des racines à grande échelle. Nous testons de nouveaux processus et affinons ce qui a été prouvé. Ensuite, nous devons comprendre quelle plante avec quelle constitution génétique grandit dans quel sol et avec quel apport en nutriments et en eau », déclare Gruber. Cela coûte du temps et de l'argent. Ces deux paramètres représentent l’investissement pour l’avenir d’une entreprise qui existe depuis plus de 160 ans et qui continue d’offrir aux producteurs des variétés à haut rendement. KWS, une entreprise axée sur la famille, consacre environ 17% de son chiffre d’affaires à la recherche.

La sélection nécessite une observation précise

L’observation exacte des caractéristiques des plantes, dans le but de donner des indications pour la sélection, est aussi ancienne que l’agriculture elle-même. Par exemple, les premiers agriculteurs replantaient les graines les plus grosses parmi celles de l’année précédente pour l’année suivante. Gregor Mendel a observé la couleur et la forme des pois pour établir ses règles de succession en fonction de ces résultats. En ce qui concerne les propriétés visibles et mesurables des plantes, les biologistes parlent de phénotypes.

L'approche de Ben Gruber est similaire à celle d'autres projets de phénotypage chez KWS. Les experts en recherche de KWS collectent des données dans l'environnement, avec des caméras à drones ou des scanners souterrains. Les images sont assemblées sur ordinateur et analysées automatiquement pour donner de nouveaux indices aux sélectionneurs. « Tout cela doit fonctionner à l'échelle industrielle, sous le vent et la pluie, dans la boue et la sécheresse et pas seulement dans un laboratoire ou avec 20 plantes. La sélection des plantes est toujours une question de nombre et des milliers de plantes doivent être évaluées », explique Gruber avant de retourner à l'analyse statistique de ses données.

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