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Ce cahier diffuse des connaissances scientifiques (non exhaustives) sur les effets du changement climatique sur l'agriculture et la forêt en Provence-Alpes-Côte d'Azur. Les cultures (vergers, céréales, riz, maraîchage...) et les forêts (feuillus, conifères) bénéficient des bienfaits du climat méditerranéen qui offre des conditions favorables au développement des plantes sous certaines conditions, mais souffrent aussi des événements extrêmes qui le ponctuent à intervalles irréguliers. Le climat méditerranéen qui sévit en région PACA pourrait se résumer par Toulourenc (« tout ou rien » en provençal), du nom du cours d'eau à caractère torrentiel qui coule dans la vallée étroite située au pied du versant nord du mont Ventoux. Avec le changement climatique actuel, les aspects négatifs de notre climat sont appelés à se renforcer et font déjà peser sur les terroirs agricoles et les forêts emblématiques de la région de nouvelles contraintes auxquelles il est nécessaire de faire face pour éviter des conséquences trop néfastes. Mais la pérennité et le développement des systèmes agricoles et forestiers ne dépendent pas seulement de l'évolution du climat. L'urbanisation, l'occupation des sols, les pollutions locales (sol, air, eau), les incendies, mais aussi les pratiques culturales et la gestion forestière, jouent un rôle fondamental. Il convient donc de privilégier une approche transversale. Cette publication souligne les conséquences du changement climatique sur l'agriculture et la forêt en prenant soin d'identifier les enjeux environnementaux, économiques et sociaux, les risques à l'échelle régionale et locale, mais aussi les solutions susceptibles de réduire les impacts (atténuation, adaptation) et les éventuelles opportunités à saisir. Comme dans le précédent cahier, la contribution des chercheurs et experts, exerçant leur métier en région PACA et dans les territoires limitrophes4, sous forme d'articles et de zooms, apporte des éléments de compréhension afin de mieux cerner les problématiques liées au changement climatique.

La septoriose provoquée par le champignon phytopathogène Zymoseptoria tritici est la 1ère maladie contributrice aux traitements fongicides sur blé en France et en Europe. Le raisonnement de son traitement au plus proche des besoins réels peut apporter des économies significatives de produit sans perte de performance technique. Pour cela, la quantification du champignon pendant sa phase asymptomatique d’incubation a été identifiée comme un point clef. Nous faisons l’hypothèse que des métabolites secondaires fluorescents produits par la plante en réponse à l’infection, servant de biomarqueurs de la transition biotrophie-nécrotrophie pourraient être quantifiés par un capteur ad hoc. Nous avons mis en place un protocole d’analyse métabolomique et transcriptomique de l’interaction blé- septoriose, et identifié plusieurs voies métaboliques induites. En particulier, trois métabolites secondaires issus de la voie du tryptophane sont produits lors de l’infection, et émettent une fluorescence dans l'ultra-violet (UV-UV). Au champ, la production de ces métabolites s’avère effectivement prédictive du développement ultérieur des symptômes, et modifie le spectre UV-UV des feuilles de blé. Des expérimentations complémentaires sont à effectuer pour préciser les longueurs d’onde d’émission les plus prédictives et établir le degré de spécificité et de robustesse de ce signal fluorescent., Septoria tritici blotch (STB) caused by the fungus Zymoseptoria tritici is the most important disease in wheat, and the first contributor to fungicide use in France and Europe. Adjusting sprayings to the specific requirements of the crop can lead to significant reductions in fungicide use without compromising yield. It has been shown that presymptomatic quantification of the pathogen could be key to achieve this. We hypothesized that the production of fluorescent secondary metabolites by the infected wheat crop could be used as biomarkers of the transition to necrotrophy, to quantify the pathogen, via an adapted sensor. We set up a metabolomic and transcriptomic screening of the wheatseptoria interaction and identified different upregulated metabolic pathways. Specifically, three metabolites from the tryptophan pathway are produced during infection, and emit UV-UV fluorescence. In the field, these metabolites are predictive of ulterior symptom dynamics, and modify the UV-UV spectrum of wheat leaves. Additional experiments will be necessary to determine which emission wavelengths are the most predictive, and to assess how specific and robust this fluorescence is.

Les divers stress biotiques et abiotiques qu'un peuplement rencontre au cours de son cycle ont souvent comme effet majeur la réduction de la surface foliaire verte. Des travaux préliminaires ont montré une certaine stabilité de la relation entre l’indice foliaire vert intégré pendant le remplissage du grain (IFVI) et le rendement. Ce projet avait pour objectif d'utiliser l'IFVI pour mettre au point un indicateur global de phénotypage "multistress", afin de caractériser le comportement variétal dans différents environnements et ITK. Il devait également approfondir la notion de tolérance, consistant au maintien des performances en présence de stress avéré, et jusqu'ici mal séparée du potentiel de rendement. En mobilisant des acteurs de la recherche (INRA, Lasalle), du développement (Arvalis) et du secteur privé (Saaten Union), une base de données importante a été construite. Les résultats de stations expérimentales ont permis l’élaboration de l’indicateur, tandis que son automatisation "haut débit" était travaillée par ailleurs. Le réseau INRA "ITK blés rustiques" a permis l'évaluation de l'ensemble. On distinguera une tolérance intrinsèque, qui ne dépend que du niveau d’IFVI, donc du potentiel de la culture, et une tolérance spécifique, réponse variétale à un changement de milieu ou d'ITK. Potentiel et rusticité sont largement indépendants, et peuvent donc être sélectionnés conjointement. Par contre notre base de données suggère un trade-off entre les composantes de la rusticité: tolérance, et résistance + échappement, soulignant le besoin de recherche dans ce domaine. A terme, l'indicateur proposé pourra être utilisé pour caractériser les variétés les plus adaptées à un milieu donné et pour aider à la conception de couverts de céréales écologiquement intensifs., Wheat crops undergo multiple biotic or abiotic stresses during their development cycle, the main effect of which is a reduction of green leaf area. Preliminary studies showed a stable relationship between Area Under the Green Leaf Area Index (AUGLAI) during the grain filling period and yield. This study aims at establishing a global index characterizing multi stress effects to assess genotype response to environments and practices. It would help identifying if tolerance (i.e. the capacity to maintain yield in stressed crops) and yield potential could be separated. Thanks to the collaboration of research (INRA, Lasalle), development (Arvalis) and industry (Saaten Union), a large data basis was built. The results in experimental stations made it possible to develop an index, while its "high-throughput" automation was tested elsewhere. Overall evaluation was obtained in the INRA network "ITK Blés rustiques". Our work enabled distinguishing between an intrinsic tolerance, only dependent on the AUGLAI level, i.e. of the yield potential, and a specific tolerance, that characterizes a genotypic response to change in environment or agricultural practice. On the one hand, yield potential and losses due to stresses were found largely independent, and could be jointly selected in plant breeding. On the other hand, our data basis suggests a tradeoff between (resistance + escape) and tolerance, underlying the needs for further research. The proposed index of multi stress tolerance appears useful both to characterize varieties best suited to any given environment and to help designing ecologically intensive cereal crops.

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plenary invited conference; absent

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International audience

International audience; Crop protection is a key activity for farmers. There is a need to improve the practice and use less chemical pesticides. We hypothesized that farmers may be overwhelmed by the amount of data available. Therefore we proposed the concept of crop protection decision workflow system (CPDeWS) to guide them in interpreting the information in tactical adjustments of treatment decisions. We provide here a short introduction to Petri nets, and show how the CPDeWS concept was mapped onto Petri nets, in the case of wheat. Finally we adopt a broad view to discuss our design and modelling choices, that are applicable to a wide set of crop protection and crop management problems.

Le développement en grandes cultures de populations de bioagresseurs résistantes nécessite de limiter le recours systématique à la lutte chimique et de préserver l'efficacité des substances actives autorisées. Leur usage raisonné est basé sur une bonne connaissance des populations de bioagresseurs, grâce à des réseaux de surveillance spécifiques septoriose du blé et sclérotinia du colza, et la conception d'outils d'aide à la décision. Des tests précoces de diagnostic moléculaire offrent une mesure du potentiel infectieux utile dans la conception d'OAD. Pour la septoriose, maladie à incubation lente, une quantification fongique permet une prédiction du développement ultérieur des symptômes. En sclérotinia, la quantification d'ADN d'un échantillon de 40 fleurs n'est malheureusementpas corrélée à l'indicateur de risque " pourcentage de fleurs contaminées ". Pour la septoriose du blé, la conception d'un modèle épidémiologique opérationnel SeptoLIS, intégrant les facteurs de variations climatiques et phénologiques, permet de se rapprocher du positionnement idéal du premier traitement fongicide. De plus, la modélisation des interactions Hôte x agents pathogènes du blé décrivant l'évolution de la plante et permettant d'évaluer l'impact d'une maladie sur le couvert constitue un outil innovant de conception d'itinéraires techniques permettant de minimiser voire d'échapper à une attaque parasitaire.

International audience; Pesticide use is still much too often systematic on many crops. However, there is scientific consensus that many farmers could change their crop protection practices without putting their revenue in jeopardy. There is need for crop protection management systems that yield significantly lower pesticide consumption. For many crops such management systems are not available, although knowledge about the pathosystems exists. We present here two crop protection formal guidelines (Decision Workflow Systems, DeWS) which were elicited and formalised using the Statechart (Grape-MilDeWS) and the coloured Petri nets (POD BLé) modelling languages. Elicitation and formal model-ling helped the pathologists to ameliorate their design and provided a convenient computer ready format. Moreover, the main purpose of DeWS models is to provide an exhaustive specification, which can then be transferred. This permits large experimental networks to be created. Such networks are necessary to collect data about the behaviour of the pathosystem under low input management and to assess the DeWS robustness and efficiency. Finally DeWS are learning tools for the growers, development workers and for its original designers as well.

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Late sowing is often considered as a means to reduce septoria attacks on winter wheat, but which implies reduced attainable yield. The work presented here has allowed to better understand and quantify these elements. The use of a coupled plant – pathogen model (Septo3D), which includes a precise description of the canopy, shows that the faster speed at which leaves emerge for late sowings allows disease escape. Leaf emergence rate, used in the “SeptoLIS” model, permits its use for a large window of sowing dates. This model, coupled with agroclimatic predicitions of yield shows strong regional variability in yield potential – septoria trade-offs, that can be deployed as operational recommendations.; Retarder les dates de semis du blé est un moyen de limiter les épidémies de septoriose, mais qui réduit aussi généralement les potentiels de rendement. La démarche exposée ici permet de mieux comprendre et raisonner ce dilemme. Dans un premier temps, un modèle couplé plante – maladie (Septo3D) comportant une description détaillée du couvert a permis de mettre en évidence que la vitesse d’émission des feuilles, était le principal trait permettant à la plante « d’échapper » à la maladie en semis tardif. Un second modèle reprenant notamment cet effet, « SeptoLIS », a permis de simuler le développement de la maladie dans une large gamme de dates de semis. L’utilisation de ce modèle couplée à un modèle agroclimatique de prévision de rendement met en évidence de fortes disparités régionales, qui pourront être déclinées en préconisations.

Actes sous forme de cédérom + tome résumés; Crop management techniques can modulate the development of crop plants and thus impact the conditions of live of plant pathogens. In order to understand these effects, we have developed a model that links the simulation in 3D of a wheat canopy with a model of septoriose epidemics. Septoriose is caused by the fungus Mycosphaerella graminicola, which propagates during rain events, as it is transported by splashing. The model simulates the propagation of the disease from the lower leaves to the new leaves that emerge higher in the canopy as the plants develop. We used the model to assess the effect of various architectural traits on the epidemics. Finally, we discuss the potential of the approach for understanding and increasing escape mechanisms; Les techniques culturales, en modifiant le développement des couverts végétaux influencent le développement des pathogènes qui s’y développent. Pour comprendre ces effets nous avons développé un modèle couplant un modèle de simulation du développement du couvert de blé (3D) et un modèle épidémique de septoriose. Cette maladie est causée par le champignon Mycosphaerella graminicola qui est dispersé lors des pluies par des éclaboussures. Le modèle simule le développement des lésions depuis les feuilles du bas du couvert vers celles du haut au fur et à mesure que le couvert se développe. Nous avons utilisé le modèle pour comparer l’effet de différents traits architecturaux sur les épidémies. Nous discutons le potentiel d’application de ce type d’approche.

Actes sous forme de cédérom + tome résumés; Resistance to septoria and earliness often have confounding effects at the field level, impairing efficient varietal evaluation. Two experiments were set up to propose an indicator decorrelating these phenomena. It is calculated as the thermal time from leaf layer emergence to initiation of disease-induced green area loss. Leaf layer emergence is calculated using the notion of phyllochron. Green area loss is calculated by fitting a Gompertz curve to observations. 7 trials with 6 to 9 cultivars of contrasting resistance and earliness showed that this indicator is strongly related to untreated yield. The indicator was also applied on data from typical variety trials that include only 2 disease observations. This allowed for recommendations to be formulated for the use of the indicator.; Résistance à la septoriose et précocité variétale sont souvent confondues dans les essais au champ, rendant la caractérisation variétale vis-à-vis de cette maladie difficile. Deux types d’expérimentation ont permis de proposer un indicateur de classement variétal. Cet indicateur est l’estimation de la durée en temps thermique entre l’émergence d’un étage foliaire et la chute de sa surface verte de 10%. L’émergence est calculée grâce à la notion de phyllotherme. La chute de surface verte est estimée avec l’ajustement d’une courbe de Gompertz aux notations. Sur 7 essais avec 6 à 9 variétés de précocités et de résistances variés où la maladie a été notée régulièrement, l’indicateur explique bien les variations de rendement. La démarche a été testée sur des essais comportant uniquement deux notations de maladie, ce qui a permis de donner des recommandations pour l’utilisation de l’indicateur.

Actes sous forme de cédérom + tome résumés.; The complexity of the interactions between crops and diseases complicates the conception of robust decision support systems, crop management strategies and breeding for limiting disease impacts. A collaborative project between Arvalis and the UMR EGC (INRA AgroPArisTech) has given rise to operational tools for the comprehension of the relations between crop canopies and epidemics, using Septoria Tritici Blotch of wheat as a “model”. We hypothesize that canopy structure could be relevant to enhance new forms of pest management, included elaboration of resistant of ideotypes. This project is based on a common conceptual framework identifying the different key-points of interactions between disease and the canopy shared by both institutions. The results, and the process, are described hereafter and presented in detail in the posters that are referred to.; La complexité des interactions entre les maladies et les couverts végétaux rend difficile la prise en compte de nombreux facteurs influençant celles-ci. Cette complexité limite l'élaboration d'outils fiables d'aide à la décision, la conception d’itinéraires techniques freinant les maladies, et l’évaluation variétale. Un projet collaboratif entre Arvalis et l’UMR EGC (INRA AgroParisTech), a permis d'élaborer des outils opérationnels, stables, fondés sur la compréhension des relations entre couvert et maladie, prenant la septoriose du blé comme "modèle" dans le cadre de l’Unité Mixte de Technologie Pivert. Ce projet repose sur un cadre conceptuel commun identifiant et hiérarchisant les différents points-clés des interactions entre épidémie et couvert. Les résultats, et la démarche, sont déclinés dans cette communication, et présentés en détail dans les posters auxquels il est fait référence.