Genetics and genetic modifications of plant architecture in grain legumes : a review

Les modifications de l’architecture des couverts peuvent être utilisées pour améliorer l’adaptation des cultures à différents environnements et pour accroître le rendement en graines et sa stabilité. Les particularités architecturales des légumineuses à grosses graines résident dans leur croissance indéterminée et la présence de gousses présentant des parois épaisses. La croissance indéterminée peut conduire à un cycle de croissance prolongée avec des conséquences sur la maturation et a une forte compétition entre la croissance reproductrice et la croissance végétative pour la répartition des assimilats. Les raisons pour lesquelles les généticiens ont cherché à modifier l’architecture des légumineuses à grosses graines ainsi que les stratégies qui permettent d’améliorer le rendement en graines sont présentées. Les principales composantes de l’architecture des couverts sont analysées. La date de floraison est d’une importance majeure pour l’adaptation des cultures aux conditions environnementales. La structure des ramifications qui peut être génétiquement modifiée indépendamment d’autres modifications architecturales contribue à la mise en place de l’indice foliaire. La taille des feuilles et leur structure contribuent également à l’indice foliaire des couverts et leurs modifications peuvent influencer l’efficience d’interception du rayonnement. La croissance déterminée modifie profondément la durée du cycle de croissance et la répartition des assimilats alors que le nanisme peut améliorer l’adaptation aux conditions environnementales en réduisant les risques de verse. Enfin, les parois des gousses qui peuvent contribuer par photosynthèse à la nutrition carbonée des graines représentent à la récolte une part importante de la biomasse des gousses. Ceci réduit l’indice de récolte des couverts. Pour chacun de ces caractères, les modifications génétiques observées chez les différentes légumineuses à grosses graines sont présentées ainsi que leur déterminisme génétique. Les conséquences sur l’élaboration du rendement et l’adaptation des cultures sont analysées. Les limites des modifications architecturales sont évaluées et l’intérêt de combiner approche morphogénétique et approche fonctionnelle est discuté. (© Inra/Elsevier, Paris)

Crop architecture may be modified to improve the adaptation of the crops to different environments and to increase the seed yield and its stability. The main peculiarities of the grain legume architecture are the indeterminate growth habit, which may lead to a prolonged growth cycle with consequences on the maturation and strong within-plant competition between the reproductive and vegetative growth and the fleshy pods. The principal reasons are presented as to why modifications of the grain legume architecture and the genetic strategies could contribute to increasing the seed yield. The main components of the crop architecture are analyzed. The flowering date is of major importance for the adaptation of a crop to the environmental conditions. The branching pattern may be directly affected independently of other architectural modifications. The leaf size and structure contribute to the leaf area index of the crop and may influence the light interception efficiency. The determinate growth habit modifies the duration of the growth cycle and the assimilate partitioning while the dwarfism may improve the adaptation to a range of environments through the reduction of the lodging risk. The pod walls may contribute to the pod photosynthesis but they account for a large proportion of the pod weight at harvest. This reduces the crop harvest index. For each of these traits, the genetic modifications that have been observed in the different grain legume species are presented as well as their genetic control. The consequences on the seed yield elaboration and the adaptation of the crops are assessed. The limitations of the architectural modifications are also investigated and the interest in combining morphogenetic and functional approaches is discussed. (© Inra/Elsevier, Paris.)