Optimization of Sulfur fertilization for improving seed yield and quality in oilseed rape (Brassica napus L.) : impacts of Sulfur/Nitrogen interactions and climate change, identification of ideotypes

Le colza est une oléoprotéagineuse exigeante en soufre (S) mais caractérisée par une faible efficience d’usage du S (EUS). La baisse des retombés atmosphériques soufrées, l'existence de fortes interactions entre les métabolismes soufrés et azotés et l’augmentation prédite des températures terrestres peuvent conduire à une altération des rendements et de la qualité des graines de colza. Dans ce contexte, en s’appuyant sur des approches in planta (conditions contrôlées et de plein champ) et in silico (expérimentations numériques via le modèle écophysiologique SuMoToRI "Sulphur Model Towards Rapeseed Improvement"), les principaux objectifs de cette thèse étaient d’étudier l’impact (i) de différentes stratégies de fertilisation S et N, (ii) du changement climatique et (iii) de la variabilité des paramètres « plante » du modèle sur la croissance ainsi que sur les composantes du rendement et la qualité des graines de colza.Cette étude a permis de confirmer les effets synergiques des apports de S et de N ainsi que leurs effets antagonistes lors d’apport excessif d’un des deux éléments sur l’EUS et l’EUN, soulignant l'importance d'équilibrer les apports S/N. Décaler l’apport en S a permis d’améliorer la qualité protéique des graines en augmentant l’abondance relative en napines (protéines de réserve des graines riches en cystéine). Deux indices de la qualité protéique des graines ont pu être proposés : (i) la teneur en S des graines, fortement corrélée avec l'abondance relative en napines et (ii) le ratio napine:cruciférine-30kDa (cruciférines : protéines de réserve pauvres en S), permettant d’apprécier l’équilibre des apports S/N. Les simulations réalisées avec le modèle ont montré que des ajustements de la fertilisation S devront s’opérer dans un contexte d’augmentation des températures et/ou de diminution du rayonnement incident conduisant à une baisse de la biomasse et à une augmentation du S stocké dans les feuilles. Ces résultats requestionnent les schémas conventionnels de fertilisation et l’utilisation d’idéotypes variétaux et culturaux adaptés aux schémas de fertilisation S et N ainsi qu’au dérèglement climatique.Oilseed rape is an oleoproteaginous crop with high sulfur (S) demanding and characterized by a low S use efficiency (SUE). The decline in atmospheric S deposition, the existence of strong interactions between S and nitrogen (N) metabolism and the predicted increase in terrestrial temperatures can lead to an alteration in seeds yields and quality. In this context, using in planta (controlled conditions and fields experiments) and in silico (numerical experiments through an agro-ecophysiological model SuMoToRI, “Sulfur Model Towards Rapeseed Improvement”) approaches, the main objectives of this thesis were to study the impact of (i) different S and N fertilization strategies, (ii) climate change and (iii) the variability of the model’s “plant” parameters on growth as well as the yield components and the seeds quality of oilseed rape.This study confirmed the synergistic effects of S and N inputs and their antagonistic effects when of one of the two elements was in excessive rate on EUS and EUN, highlighting the importance of balancing S/N inputs. Delaying S input has improved seed protein quality by increasing the relative abundance of napins (cysteine-rich seed storage proteins). Two seed protein quality indices could be proposed (i) seeds S content, strongly correlated with relative napine abundance and (ii) the ratio napins:cruciferins-30kDa (cruciferins : S-poor seed storage proteins). S), making it possible to assess the S/N balance inputs. The simulations carried-out with the model showed that the adjustment of S fertilization must be performed in a context of increasing temperature and/or a reduction of incident radiation which lead to a decrease of biomass and an increase of S stored in leaves. Overall, these results questioned conventional fertilization strategies and the use of varietal and crop ideotypes adapted to S and N fertilization strategies as well as to climate change