Déterminisme du nombre de grains chez le maïs (Zea mays L.) en déficit hydrique : rôles de la dynamique d’émergence des soies et du métabolisme carboné

L’avortement des grains est l’une des premières causes de pertes de rendement chez le maïs en déficit hydrique. Il est le plus souvent attribué à un défaut d’approvisionnement carboné des ovaires. Nous avons testé le lien entre l’avortement et i) le développement des cohortes d’ovaires, ii) la cinétique d’émergence des soies, et iii) la disponibilité en carbone pour les ovaires, caractérisée par les quantités et concentrations en métabolites carbonés, ainsi que par les activités et abondances de transcrits d’enzymes clés à 3 stades de développement autour de la floraison. L’état carboné de la plante et des ovaires étaient favorables en déficit hydrique, rendant peu probable un avortement lié au métabolisme carboné. L’avortement a concerné les plus jeunes ovaires, situés en position apicale de l’épi. Il était consécutif à la perturbation de la croissance des soies qui a modifié leur cinétique d’émergence, réduisant ainsi le nombre de soies émergées. Le nombre final de grains était clairement lié au nombre de soies émergées lors de trois expériences concernant différentes intensités de déficit hydrique et 4 génotypes. Un mécanisme indépendant du carbone déclenche donc l’avortement dès l’émergence des soies, lors de la fertilisation des premiers ovaires. Il se produit avant l’avortement lié au manque de carbone classiquement décrit dans la littérature, et pourrait expliquer la majorité des pertes de rendements lors de périodes de sécheresse au champ. Ce travail ouvre des perspectives nouvelles pour la sélection et la modélisation du maïs en situation de manque d’eau.

Grain abortion is a major cause of yield loss in maize under water deficit. It is widely believed to be caused by photosynthate deprivation in ovaries. We have tested the link between abortion and (i) the development of ovary cohorts, (ii) the timing of maize silk emergence, and (iii) photsynthate availability, analysed via the amounts and concentrations of metabolites, together with the activities and transcript abundances of key enzymes at 3 dates around silk emergence. Plant and ovary carbon stati were favourable under water deficit so a carbon-related abortion was unlikely. Abortion involved youngest ovaries, located at the ear apex. It resulted from a decreased silk growth that affected the dynamics of silk emergence, thereby limiting the number of emerged silks. Final grain number was accounted for by the number of emerged silks in three experiments with contrasting watering treatments and 4 genotypes. Hence, a switch to abortion occurred at silk emergence, when the first ovary fertilizations occurred, and before the period with classically described carbon-related abortion. The carbon-independent ovary abortion linked to the dynamics of silk emergence probably represents the major proportion of aborted grains in most drought scenarios in the field. This work opens new perspectives for breeding and for modelling the behaviour of maize in water deficit.