• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Sciences Agronomiques
• Identifiant : 2026ULILR010
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 10/03/2026

Résumé en langue originale

Les services écosystémiques sont essentiels au bien-être humain, mais les systèmes agricoles peuvent à la fois les préserver ou les dégrader, tel que le service écosystémique de régulation de la qualité de l'eau qui est sensible au lessivage des nitrates lié à la fertilisation azotée des cultures. Les cultures pérennes à faibles intrants, telles que le miscanthus, peuvent concilier production et protection de l'environnement grâce à une forte productivité et de faibles besoins en fertilisation, renforcés par un recyclage interne efficace de l'azote. La gestion de l'azote par la plante via l'absorption de l'azote, sa remobilisation saisonnière et les pertes associées, est ainsi centrale pour ce faire. Mais chez Miscanthus sinensis, le fonctionnement, la variabilité inter-génotypique, la prédictibilité et le contrôle génétique de ces caractères, dits traits, restent mal connus.Cette thèse visait à rendre les traits de gestion de l'azote mesurables, prédictibles et sélectionnables au niveau génétique chez M. sinensis, afin de développer des cultivars permettant des services écosystémiques. Une descendance de 80 génotypes diploïdes en ségrégation, cultivée au champ en conditions déficientes en azote, a permis une progression allant de la caractérisation du fonctionnement entre génotypes, à sa prédiction par modélisation statistique jusqu'à des cibles génétiques de sélection.Les variables relatives à la gestion de l'azote ont d'abord été quantifiées et mis en évidence une forte variation fonctionnelle inter-génotypique, avec une absorption variant de 5 à 241 kg N ha⁻¹, une remobilisation printanière de 0,2 à 85 kg N ha⁻¹ et une remobilisation automnale de 5 à 158 kg N ha⁻¹. Une classification hiérarchique sur composantes principales à partir de ces différents traits a mis en évidence trois groupes fonctionnels avec des stratégies contrastées : des génotypes “extracteurs” reposant surtout sur l'absorption d'azote externe, et des génotypes “recycleurs” reposant davantage sur le recyclage interne de l'azote, ces deux stratégies permettant de maintenir une biomasse élevée en condition limitante en azote. Ces traits complexes, auparavant accessibles seulement via des mesures de flux, destructives et chronophages, ont été prédits à partir de 35 variables indicatrices, dites proxys, en lien avec des caractères morphologiques, phénologiques, physiologiques qui sont non destructifs. Sur la base de validations croisées répétées, des modèles de régression par les moindres carrés partiels (PLS) intégrant ces indicateurs ont atteint des précisions de 0,62-0,74 pour l'absorption, 0,48-0,63 pour la remobilisation automnale, 0,30-0,46 pour la remobilisation printanière et 0,24-0,39 pour les pertes. Des modèles parcimonieux ont conservé des performances similaires, démontrant la faisabilité d'un phénotypage simple et à plus haut débit. Enfin, la cartographie de QTL a permis de traduire ces traits en cibles génétiques. Dix-neuf QTL ont été détectés pour l'absorption, la remobilisation et les pertes (R² = 8,8-37,1 % par QTL), révélant des architectures génétiques spécifiques et largement indépendantes. En parallèle, 26 indicateurs ont révélé 85 QTL (R² = 0,1-34,0 %), avec une co-localisation proxy-cible limitée à deux régions pour l'absorption et la remobilisation printanière. Le pyramidage de QTL a montré comment combiner la capacité d'absorption avec la déviation des pertes d'azote pour concevoir des idéotypes répondant à des objectifs contrastés de services écosystémiques.Cette thèse fait évoluer la gestion d'azote chez Miscanthus sinensis de concepts physiologiques descriptifs vers des axes opérationnels de sélection. En combinant caractérisation fonctionnelle, prédiction à l'aide de variables non destructives et dissection génétique, elle propose un cadre cohérent pour développer des idéotypes conciliant la productivité avec la régulation de la qualité de l'eau, le cycle des nutriments et la résilience des agroécosystèmes.

Résumé traduit

Ecosystem services underpin human well-being, yet agricultural systems can both sustain and degrade them, with water-quality regulation being particularly sensitive to excessive nitrate leaching due to fertilization. Perennial low-input crops such as miscanthus can reconcile biomass production with environmental protection by combining high productivity with low fertilizer requirements further strengthened by efficient internal nitrogen recycling. Nitrogen economy, which characterizes the nitrogen management by the plant through nitrogen uptake, seasonal remobilization and associated nitrogen losses, is therefore central to both biomass productivity and ecosystem service provision. However, in Miscanthus sinensis, the internal functioning, genetic variability, predictability, and genetic control of nitrogen economy traits remain poorly understood, limiting their effective mobilization in sustainable agricultural systems.This thesis aimed to make nitrogen economy traits measurable, predictable, and genetically selectable targets in M. sinensis to support the development of cultivars sustaining biomass production while contributing to ecosystem services. Using a segregating diploid progeny of 80 genotypes grown under nitrogen-deficient field conditions, the thesis followed a coherent progression from functional characterization, to predictive modelling, and finally to genetic targeting of nitrogen economy traits.First, nitrogen economy traits were quantified to characterize functional diversity among genotypes. Substantial inter-genotypic variation was observed, with nitrogen uptake ranging from 5 to 241 kg N ha⁻¹, spring remobilization from 0.2 to 85 kg N ha⁻¹, and autumn remobilization from 5 to 158 kg N ha⁻¹. Hierarchical clustering on principal components based on the nitrogen economy traits revealed three distinct functional groups of genotypes with contrasting nitrogen-use strategies. Acquisitive genotypes relied primarily on external nitrogen uptake, whereas conservative genotypes relied more on internal recycling, and both strategies sustained high biomass production under nitrogen limitation. Second, these complex nitrogen economy traits, previously accessible only through destructive and time-consuming flux measurements, were predicted using easily measurable non-destructive proxy traits, chosen among 35 morphological, phenological and physiological traits. Based on a repeated cross-validation procedure, Partial Least Squares regression models achieved predictive accuracies of 0.62-0.74 for nitrogen uptake, 0.48-0.63 for autumn remobilization, 0.30-0.46 for spring remobilization, and 0.24-0.39 for nitrogen losses. Reduced, parsimonious models retained similar accuracy, showing that these complex traits can be estimated with simple scalable phenotyping. Finally, QTL mapping translated nitrogen economy traits into genetically defined breeding targets. Nineteen QTLs were detected for nitrogen uptake, remobilization, and losses (R² = 8.8-37.1% per locus), revealing trait-specific and largely independent genetic architectures. In parallel, 26 proxy traits yielded 85 proxy-trait QTLs (R² = 0.1-34.0%), with proxy-target co-location limited to two genomic regions for nitrogen uptake and spring remobilization. QTL pyramiding further illustrated how acquisition capacity and nitrogen loss deviation can be jointly combined to design ideotypes aligned with contrasting ecosystem service objectives.Overall, this thesis moves nitrogen economy traits in Miscanthus sinensis from descriptive physiological concepts to operational breeding axes. By integrating functional characterization, non-destructive prediction, and genetic dissection, it provides a coherent framework for developing M. sinensis ideotypes that maintain biomass production while supporting ecosystem services, including water-quality regulation, nutrient cycling, and long-term agroecosystem resilience.