Les gènes jouent un rôle crucial dans la formation des générations futures dans les organismes vivants. L'idée de base selon laquelle les êtres vivants sont des créatures à motifs est basée sur leurs origines. Par exemple, si la progéniture d'un joueur de cricket joue bien au cricket, on suppose qu'elle provient du gène de cricket du parent. De même pour les plantes, l'origine génétique en dit long sur la plante et sur la future progéniture.
Chaque plante présente ses propres caractéristiques et il y a des avantages et des inconvénients à cet égard. Peut-être que le rosier de votre maison aurait dû donner plus de fleurs que ce qu'il donne habituellement. Peut-être que la gourde aurait dû avoir un rendement plus important que ce que vous avez récolté. Maintenant, et si cela pouvait être rendu vrai en utilisant du matériel génétique à l'intérieur de la plante et en contrôlant le gène pour qu'il soit le plus expressif ? Cela a piqué le cerveau des scientifiques. Et c'est ainsi que le concept de base de la modification génétique des plantes et, éventuellement, du phénotypage a été introduit.
Qu'est-ce que le phénotypage ?
Le phénotype est dérivé des mots grecs « phainen » (montrer) et « tupos » (type) et fait référence à l'ensemble des caractéristiques mesurables d'un individu résultant de l'interaction du génotype avec l'environnement ; ainsi, les phénotypes représentent la nature et l'acquis de l'organisme.
Le phénotypage végétal offre des données sur les propriétés anatomiques, historiques, physiologiques et biochimiques de la plante. Le phénotypage des plantes est un facteur déterminant dans l'intensité de la sélection, la précision de la sélection et la détection de nouvelles variations génétiques. Au sein d'un système de sélection végétale, le bénéfice génétique (la quantité d'augmentation de la production au fil du temps) peut être accéléré de diverses manières, notamment en augmentant la taille du programme de sélection pour permettre une intensité de sélection plus élevée.
Les technologies de phénotypage sur le terrain à haut débit (HTFP) ont considérablement élargi la capacité de suivi et de quantification à plusieurs échelles des expériences sur le terrain et des pépinières de sélection au cours de la dernière décennie. L'avantage de ces technologies HTFP n'est pas seulement de remplacer rapidement et à moindre coût les scores encombrants et subjectifs, mais également de libérer la capacité de nouveaux phénotypes latents qui reflètent la fonction biologique sous-jacente.
La sélection végétale devient inefficace avec un phénotypage incorrect, et parfois sans valeur parce que tout criblage de génotypes sera aussi efficace que son protocole le permet, et tout biais - selon son ampleur, les gains génétiques peuvent être considérablement affectés. Il est important de comprendre que la sélection la plus efficace est que la fréquence des allèles favorables dans la population cible est faible dans les premiers cycles de reproduction.
Tout protocole imprécis pour le phénotypage, en particulier dans les populations reproductrices petites ou limitées, réduira l'efficacité en raison de la très faible fréquence d'allèles favorables et de gains génétiques.
Par conséquent, il existe différents types de techniques de phénotypage qui sont mises en œuvre en fonction des terres agricoles et du programme d'application.
Phénotypage de terrain à haut débit (HTFP)
Le phénotypage de terrain à haut débit utilise une large gamme de capteurs et de processus d'analyse pour quantifier l'efficacité, la photosynthèse, la production, la conception, la croissance ou la productivité de la biomasse de plantes individuelles ou de peuplements de plantes. À l'origine, certains de ces capteurs et procédures ont été développés en télédétection, certains en agriculture de précision, tandis que d'autres sont des procédures d'imagerie en laboratoire. La couleur des plantes, la réflexion spectrale, la fluorescence de la chlorophylle, la température et d'autres caractéristiques sont quantifiées, à partir desquelles des caractéristiques telles que la biomasse, l'architecture, le nombre d'épis, la capacité photosynthétique, l'ouverture stomatique ou la résistance au stress peuvent être extraites.
Le phénotypage automatisé des plantes basé sur l'image à haut débit fait référence à la détection et à la quantification non destructives des caractéristiques des plantes en analysant les images collectées à intervalles réguliers et avec précision. Alors que la recherche phénomique a attiré une attention considérable au cours de la dernière décennie, l'extraction de phénotypes numériques significatifs et fiables à partir d'images de plantes, notamment en tenant compte de ses composants individuels, par ex. feuilles, tiges, fruits et fleurs, reste un goulot d'étranglement critique pour la traduction des progrès de la technologie de phénotypage en connaissances génétiques en raison de divers défis, notamment les variations d'éclairage.
Phénotypage proximal
Le phénotypage des plantes avec des véhicules et des capteurs au sol est connu sous le nom de phénotypage proximal. Le phénotypage proximal est une science émergente qui associe la génomique à l'agronomie et à l'écophysiologie végétale tout en combinant capteurs et technologies automatisées. Au cours de la croissance et du développement des plantes, le corps fonctionnel de la plante (PHÉNOTYPE) se développe grâce à l'interaction complexe entre l'histoire génétique (GENOTYPE) et l'environnement physique dans lequel les plantes se développent (ENVIRONNEMENT). Ces interactions déterminent l'efficacité et la productivité des plantes mesurées en tant que biomasse cumulée et l'efficacité du rendement commercial et de l'utilisation des ressources. Afin d'établir des stratégies pour une usine durable, le spectre complet de la science végétale, de l'échelle moléculaire à l'échelle du terrain, doit être intégré.
Phénotypage dans l'agriculture de précision
Il existe des exigences quelque peu différentes pour le phénotypage des plantes pour l'agriculture de précision par rapport au phénotypage proximal. Certaines applications de phénotypage nécessitent des approches et des solutions différentes pour la sélection végétale et, par conséquent, ce type de phénotypage est basé sur l'optimisation de rendements stables et la garantie de la qualité des cultures. Ce type de phénotypage peut être utilisé dans la détection précoce d'agents pathogènes émergents dans les plantes afin d'agir en temps opportun. L'application du phénotypage est diversifiée en fonction de cultures spécifiques et de variantes de cultures.
Notre pensée :
Les approches actuelles de phénotypage sur le terrain à haut débit ont des résultats prometteurs qui peuvent être utilisés comme cadre pour la croissance et l'amélioration de l'agriculture moderne. Des applications de phénotypage fiables, rapides et rentables peuvent modifier les attentes de résultats pour les agriculteurs si elles sont mises en œuvre de la bonne manière. Les entreprises agroalimentaires et les AgTechs doivent comprendre comment exploiter le phénotypage et améliorer le rendement grâce à des méthodes durables. Le phénotypage peut faire des merveilles lorsque les traits significatifs des cultures sont identifiés et que la qualité nouvelle de ces traits est génétiquement reproduite. Il s'agit cependant d'une vision pour un avenir lointain; rien qui ne puisse être accompli. De plus, les données phénotypiques produites doivent être acquises et traitées en
un traitement quantitatif, stable et rapide, dans un format que les utilisateurs finaux pourront interpréter explicitement. La mise en œuvre du phénotypage dans des conditions contrôlées s'avérera bénéfique tant pour les producteurs que pour les consommateurs, ce qui en fera une situation gagnant-gagnant.
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