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Plant tolerance to water deficit: physical limits and possibilities for progress - 01/01/04

Doi : 10.1016/j.crte.2004.09.015 
François Tardieu
Laboratoire dʼécophysiologie des plantes sous stress environnementaux, INRA-ENSAM, 2, place Pierre-Viala, 34060 Montpellier cedex 1, France 

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Abstract

Available strategies for an improved tolerance to water deficit are discussed. It is proposed that the water for CO2' trade off cannot be completely overridden by any genetic strategy. Genes conferring an ability to survive cell desiccation will probably not confer a better ability to accumulate biomass under agriculturally compatible drought scenarios. In the same way, re-engineering of stomatal control or of turgor maintenance may face theoretical problems. Most striking success stories' until now are based either on an increased water use efficiency in very dry scenarios, or on growth maintenance in milder drought scenarios. They are based on a long-term analysis and exploitation of the existing genetic variability and have brought limited progress in yield, but still important in economic terms. Future work will probably consist in developing genotypes appropriate to precise drought scenarios, rather than in finding a unique genetic solution for drought resistance. This view would place the modelling of virtual genotypes at the centre of the research for drought tolerance, by enabling one to test the adequacy of a combination of alleles in each drought scenario. Only the best combinations would then be obtained genetically and tested in the field. To cite this article: F. Tardieu, C. R. Geoscience 337 (2005).

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Les ressources en eau sont limitées et font lʼobjet dʼune compétition entre leur usage agricole et leurs autres usages. La recherche de meilleures adaptations des plantes au manque dʼeau devient donc un enjeu essentiel. Les biotechnologies, mais aussi la modélisation des régulations des plantes et celle des flux dʼeau devraient permettre des progrès dans ce domaine. Elles ne permettront cependant pas dʼobtenir une production agricole importante sans un minimum dʼeau. Chez les plantes, il nʼy a pas de photosynthèse ou de croissance possible sans transpiration. Le gaz carbonique pénètre dans les feuilles par les stomates, qui ne restent ouverts que si lʼoffre dʼeau du sol est suffisante par rapport à la demande climatique (déterminée par le rayonnement solaire, lʼhumidité de lʼair, la température et la vitesse du vent). Si la plante ne peut pas prélever cette quantité dʼeau, elle ralentit sa transpiration en fermant les stomates et en ralentissant la croissance foliaire. Ceci lui permet une certaine homéostasie de lʼétat hydrique foliaire, mais réduit aussi la photosynthèse. Il nʼy a aucune manière connue pour éviter cet échange « eau contre carbone ». Les recherches sur la tolérance à la sécheresse ont donc pris deux directions différentes, correspondant à deux types de milieux et à deux stratégies des plantes. Plusieurs groupes de recherche tentent dʼaméliorer la capacité de survie des plantes soumises à des dessiccations sévères. Ils ont, en particulier, identifié des gènes permettant à des plantes du désert de reprendre leur croissance après une dessiccation poussée de leurs tissus. Le transfert de ces gènes dans des plantes agronomiques permettrait dʼobtenir des plantes capables de survivre à des conditions extrêmes. En revanche, la démonstration nʼa pas été faite quʼil permettrait de maintenir la production de biomasse tout en réduisant les besoins en eau. Une autre stratégie consiste à améliorer lʼéchange « eau contre carbone » dans des conditions où les plantes disposent dʼune quantité dʼeau appréciable mais insuffisante. Il ne sʼagit plus là dʼune « résistance à la sécheresse » à proprement parler, mais dʼune optimisation de la photosynthèse, de la croissance et du développement des plantes pour maximiser la production de biomasse avec une quantité donnée dʼeau. À la différence de la stratégie précédente, il ne peut sʼagir ici de transférer quelques gènes. Cʼest vers une ré-ingénierie des plantes quʼon se dirige. La génétique quantitative, qui permet dʼidentifier des allèles favorables, et la modélisation des relations plante-milieu, qui permet de prévoir le comportement de plantes dans un grand nombre de scénarios climatiques, sont des outils essentiels pour cette seconde stratégie. La combinaison de ces deux approches permet dʼidentifier des combinaisons dʼallèles qui pourraient être les plus adaptées à un scénario pédoclimatique donné, et de guider ainsi la sélection de plantes tolérantes. Pour citer cet article : F. Tardieu, C. R. Geoscience 337 (2005).

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Water deficit, Tolerance, Virtual plants, Genetic, Transgenesis, QTL

Mots-clés : Déficit hydrique, Tolérance, Plante virtuelle, Génétique, Transgenèse, QTL


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© 2004  Publié par Elsevier Masson SAS de la part de Académie des sciences.
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Vol 337 - N° 1-2

P. 57-67 - janvier-février 2005 Retour au numéro
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