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Theses Year : 2021

Identification and genotypic variability of plant traits early determining nitrogen use efficiency (NUE) in winter oilseed rape under low-N inputs

Identification et variation génotypique des traits déterminant précocement l’efficacité d’utilisation de l’azote (NUE) du colza d’hiver sous faibles intrants azotés

Abstract

Improving rapeseed yields in a low-Nitrogen (N) agricultural context is a major issue for breeding. It requires a thorough knowledge of the genotypic variation of the processes related to Nitrogen Use Efficiency (NUE, seed yield per unit of N available). This PhD aims at better understanding the ecophysiological processes determining the NUE and its components under low-N availability by identifying and hierarchizing the main traits supporting observed genotypic variation. Six winter oilseed rape genotypes were investigated throughout the crop cycle under semi-controlled conditions and contrasting N-conditions. We proposed NUE_DM (plant dry matter per unit of N available), as a new proxy of NUE at harvest, valid as early as the beginning of stem elongation. This proxy allowed us to dynamically characterize NUE, highlighting NUpE (plant N-amount per unit of N available) as a main contributor of NUE under low-N conditions, which explained up to 80% of the NUE_DM variations before flowering, and more than 30% after. Moreover, NUpE genotypic variability resulted from fine root growth rather than specific N-uptake differences. We developed a whole-plant conceptual modeling framework of carbon and nitrogen absorption and partitioning for winter oilseed rape. This framework, validated up to flowering, highlighted specific carbon assimilation, carbon partitioning between leaves and stems, and fine root ratio as critical traits explaining contrasting genotypic behavior to N-conditions. Our results suggest NUpE and fine root ratio as promising traits for screening larger sets of varieties for NUE breeding purposes.
Améliorer le rendement du colza dans un contexte de bas intrants azotés (N) est un enjeu majeur de sélection. Ceci impose une connaissance approfondie de la variabilité génétique des processus sous-tendant l’efficacité d’utilisation de l’azote (NUE, rendement en graines par unité d’azote disponible). Cette thèse vise à mieux comprendre les processus écophysiologiques contribuant à la NUE et à ses composantes sous faible nutrition azotée, en identifiant et hiérarchisant les principaux traits sous-tendant leur variabilité génotypique. Six génotypes de colza d’hiver ont été étudiés en conditions semi-contrôlées sous des doses d’azote contrastées. Nous avons montré que la variable NUE_DM (biomasse totale produite par unité d’azote disponible) est un indicateur précoce de la NUE à la récolte valable dès la montaison, qui nous a permis de caractériser dynamiquement la NUE. L’efficience d'absorption d’azote (NUpE, N absorbé par unité d’azote disponible) s’est révélée être une composante majeure de la NUE sous contrainte azotée, expliquant 80 % des variations avant la floraison, et plus de 30 % après. De plus, sa variabilité génotypique dépend de la biomasse des racines fines et non de l’absorption spécifique d'azote. Grâce au développement d’un cadre conceptuel de modélisation du fonctionnement du colza décrivant les flux de carbone et d’azote dans la plante entière et valable jusqu’à floraison, nous avons fait ressortir l'assimilation spécifique de carbone, la part de carbone allouée aux tiges et la proportion de racines fines comme paramètres clés de la réponse génotypique à l’azote. Nos résultats suggèrent que la NUpE et la proportion de racines fines seraient des indicateurs de la NUE permettant de cribler précocement des variétés à haut débit.
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tel-03960839 , version 1 (28-01-2023)

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  • HAL Id : tel-03960839 , version 1

Cite

Victor Vazquez-Carrasquer. Identification and genotypic variability of plant traits early determining nitrogen use efficiency (NUE) in winter oilseed rape under low-N inputs. Agronomy. Université Paris-Saclay, 2021. English. ⟨NNT : 2021UPASB002⟩. ⟨tel-03960839⟩
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