Caractérisation des interactions plante-plante et de leurs bases génétiques : le cas de l'association haricot-maïs en Europe

L'association du maïs (Zea mays ssp. mays) et du haricot commun (Phaseolus vulgaris) est représente un système de polyculture vivrière emblématique de la Mésoamérique, la milpa. Ce système repose sur plusieurs avantages, tels que de meilleurs rendements et une résilience accrue face aux stress biotiques et abiotiques, assurant une productivité durable dans des conditions de faibles intrants. Ces bénéfices découlent des interactions positives entre les deux espèces, fondées sur la complémentarité de leurs systèmes aériens et racinaires, ainsi que sur des processus de facilitation (symbioses bactériennes via les nodules racinaires et réseaux mycorhiziens). Bien que l'association maïs-haricot ait été largement pratiquée en Europe, elle a été remplacée par la monoculture de maïs, sauf dans certaines régions comme la Transylvanie. Récemment, cette association a été réintroduite en agriculture conventionnelle avec des variétés modernes.Durant ma thèse, j'ai étudié les interactions maïs-haricot et leurs bases génétiques, avec trois objectifs principaux.Le premier objectif visait à comparer cultures seules et associées dans un système agricole moderne dans le sud-ouest de la France. J'ai évalué l'impact de l'association sur les rendements, la valeur nutritionnelle, le microbiote racinaire et les phénotypes moléculaires. Mes résultats montrent une diversité bactérienne accrue en culture associée et des différences agronomiques significatives. La compétition entre les deux cultures a réduit le rendement du haricot mais augmenté la taille de ses graines ainsi que ses teneurs en azote et en carbone. L'analyse du transcriptome a révélé que près de 30 % des gènes du haricot étaient différentiellement exprimés, contre aucun pour le maïs, confirmant que la compétition affecte principalement le haricot. Ces résultats suggèrent que les synergies potentielles ne sont pas pleinement exploitées dans les systèmes modernes.Le second objectif était d'évaluer la réponse phénotypique du haricot à différents environnements « maïs » et d'identifier les bases génétiques des interactions entre les deux espèces. Des essais multi-sites et multi-années ont été conduits avec trois variétés de maïs et 200 lignées de haricot. Si aucun patron d'adaptation locale clair n'a été observé, les haricots se distinguaient selon la variété de maïs avec laquelle ils étaient associés, indiquant que chaque variété de maïs constitue un environnement distinct. Les analyses ont montré des corrélations majoritairement négatives entre les caractères des deux espèces, suggérant une compétition interspécifique, mais une corrélation positive entre la date de floraison du maïs et le rendement du haricot a été observée pour toutes les variétés. Les meilleurs partenaires maïs-haricot variaient selon l'année, le site et la variété. En combinant les analyses GWA dans une méta-analyse contrastant les variétés de maïs, j'ai cartographié les locus génétiques associés à l'interaction maïs-haricot, identifiant des locus pour 17 des 18 caractères mesurés.Le troisième objectif portait sur l'influence des variétés de maïs sur l'architecture racinaire, le développement et la formation de nodosités racinaires du haricot. J'ai utilisé un sous-ensemble de 38 lignées de haricot issues des expérimentations GWA pour phénotyper les caractères racinaires sur l'un des deux sites. Bien que les facteurs abiotiques (site, année) influencent fortement l'architecture racinaire des deux espèces, certains caractères liés à la surface et aux angles racinaires distinguaient les haricots selon la variété de maïs avec laquelle ils étaient associés, sans effet sur l'abondance des nodosités.Ces résultats ouvrent des perspectives pour la sélection de variétés favorisant les synergies interspécifiques dans un contexte de transition agroécologique.