Metabolic responses of early developing sugar beet plant to heat stress

• Main Author: De Jaham, Clémence
• Other Authors: Bordeaux
• Language: en
• Published: 2017
• Subjects: Betterave sucrière; Stress chaleur; Métabolisme; Sugar beet; Heat stress; Metabolism
• Online Access: http://www.theses.fr/2017BORD0730

La betterave sucrière est la deuxième plante en termes de production de sucre avec 19,6% du sucre produit dans le monde entre 2015 et 2016, derrière la canne à sucre. Cultivée dans les zones tempérées comme le nord de la France et la Belgique, elle est sensible au stress thermique modéré. En effet, une augmentation de 1°C de la température moyenne entraîne une perte de rendement de 29%. Dans le cadre du réchauffement climatique et afin de fournir aux agriculteurs des variétés ayant une meilleure résistance à la chaleur, la compréhension des réponses de la betterave sucrière au stress hyperthermique est nécessaire. Pour cela, une étude des réponses physiologiques et métaboliques a été effectuée avec trois hybrides : un hybride de type sucré avec 18% de sucre dans sa racine, un hybride de type lourd avec un meilleur rendement que la moyenne mais avec seulement 17% de sucre dans sa racine, et un hybride dit « résistant » au stress hyperthermique, ayant le meilleur rendement aux champs avec des températures plus élevées. Alors que la photosynthèse nette n’était pas modifiée en condition de stress, une croissance plus rapide de la rosette a été observée aux stades jeunes pour les trois hybrides. Une approche de modélisation suggère qu’une croissance de la rosette plus rapide contrecarre les effets du stress hyperthermique sur la production racinaire. Cette hypothèse est confirmée par le fait que l’hybride le plus performant a la croissance foliaire la plus rapide. Le stress hyperthermique provoque une forte diminution du stockage transitoire du carbone dans les feuilles matures. Dans les feuilles en cours de développement, le stockage transitoire du carbone, dont la moitié sous forme d’amidon, était seulement maintenu chez l’hybride le plus performant. Un calcul intégrant les besoins en carbone de la croissance foliaire suggère que ce maintien contribue significativement au maintien du rendement chez cet hybride. Par ailleurs, un marqueur putatif de la sensibilité au stress hyperthermique a été identifié lors de cette étude. Au final ce travail a permis de mieux comprendre comment la betterave sucrière répond à l’élévation de la température et ainsi proposer de nouvelles stratégies pour l’amélioration de cette espèce. === Sugar beet is the second largest sugar-producing crop, with 19.6% of the sugar produced in the world between 2015 and 2016, behind sugarcane. Cultivated in temperate zones like the north of France and Belgium, it is sensitive to moderate thermal stress. Indeed, an increase of 1°C in the average temperature leads to a loss of efficiency of 29%. In the context of global warming and in order to provide farmers with varieties with better resistance to heat, an understanding of sugar beet responses to hyperthermic stress is necessary. For this, a study of physiological and metabolic responses was carried out with three hybrids: a sweet-type hybrid with 18% sugar in the root, a heavy-type hybrid with a better yield than average but with only 17% sugar in the root, and a so-called "resistant" hybrid, which has the best yield at higher temperatures. While net photosynthesis was not altered in stress conditions, more rapid growth of the rosette was observed at the young stages for all three hybrids. A modeling approach suggests that faster rosette growth counteracts the effects of hyperthermic stress on root production. This hypothesis was confirmed by the fact that the best performing hybrid had the fastest shoot growth. Hyperthermic stress caused a significant decrease in transient carbon storage in mature leaves. In developing leaves, transient storage of carbon, half as starch, was only maintained in the best performing hybrid. A calculation incorporating the carbon requirement of foliar growth suggests that this maintenance contributes significantly to the maintenance of yield in this hybrid. In addition, a putative marker of hyperthermic stress sensitivity was identified in this study. In the end, this work provides a better understanding of how sugar beet responds to the rise in temperature, thus proposing new strategies for the improvement of this species.