Research Article

Root architecture characterization in relation to biomass allocation and biological nitrogen fixation in a collection of European soybean genotypes^☆

Caractérisation d’une collection de génotypes de soja européens pour leur architecture racinaire en relation avec l’allocation de biomasse et la fixation biologique de l’azote atmosphérique

¹ Agroécologie, AgroSup Dijon, INRAE, University Bourgogne Franche-Comté, 21000 Dijon, France
² Laboratoire de Nutrition Végétale, Agroinnovation International − TIMAC AGRO, Saint-Malo, France

^* Correspondence: marion.prudent@inrae.fr

Received: 9 May 2021
Accepted: 25 August 2021

Abstract

Soybean [Glycine max (L.) Merr] is the legume with the largest cultivated area worldwide and its yield depends largely on symbiotic nitrogen fixation and root architecture. This study aimed to explore the genetic variability of root architectural traits and di-nitrogen fixing activity in a small collection of nine European cultivars belonging to the same maturity group during their early stages. New image analysis approaches were implemented to characterise root architecture at high throughput. Significant genetic variability was identified for the width of the root system, root density, and for nitrogen fixation. This study allowed us to highlight trade-offs among root and nodule traits, and structural and functional traits. Finally, both the image analysis approach and the results could be used for breeding programs of soybean, that could take into account the root system architecture, when the plant interacts in symbiosis with N₂-fixing bacteria.

Résumé

Le soja [Glycine max (L.) Merr] est la légumineuse la plus cultivée au monde et son rendement dépend largement de son architecture racinaire et de la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique. Cette étude vise à explorer la variabilité génétique des traits d’architecture racinaire et de l’activité de fixation de diazote au cours des stades précoces de développement, dans une petite collection de neuf cultivars européens appartenant au même groupe de maturité. De nouvelles approches d’analyse d’image ont été mises en œuvre pour caractériser l’architecture racinaire à haut débit. Une variabilité génétique a pu être identifiée pour la largeur du système racinaire, la densité des racines et pour la fixation de l’azote. Cette étude nous a également permis de mettre en évidence les compromis entre traits racinaires et nodulaires, et des compromis entre traits structuraux et fonctionnels. L’approche d’analyse d’image et les résultats générés dans cette étude pourraient être remobilisés pour les programmes de sélection du soja, qui pourraient prendre en compte l’architecture du système racinaire, lorsque la plante interagit en symbiose avec des bactéries fixatrices de N₂.