Amelioration Genetique des Plantes

TABLE DES MATIERES

1. Qu’est ce que l’Amélioration des Plantes?
1.1. Définition de Jules Bouharmont
1.2. Définition de Yves Demarly
1.3. Définition d’André Gallais

2. La Création variétale
2.1. Critères de sélection:
2.2. Les différents types de sélection:
2.2.1. Sélection massale ou visuelle (jusqu’à la fin du 19ème siècle) :
2.2.2. Sélection moderne ou généalogique

3. Sélection et hybridation
3.1. Bases génétiques de la sélection
3.1.1. Dépression de consanguinité (Inbreeding):
3.1.2. Vigueur hybride(Hétérosis):

4. Comment introduire un nouveau caractère dans une variété élite ?
4.1 Introgression par hybridation puis rétrocroisement
4.2. Introgression par transgénèse végétale
4.3. Introgression via Agrobacterium tumefaciens

Quelques Définitions Utiles:

Références Bibliographiques

Pour en savoir plus!

Avant - Propos

Ce modeste livre aborde une science assez importante pour le développement durable dans le domaine de l’agriculture, c’est l’Amélioration Génétique des Plantes. Cette branche de la biologie qui est d’un aspect multidisciplinaire a pour but de créer de nouvelles variétés de plantes qui satisfait le besoins des populations de point de vue nutritionnel et santé publique, ceci afin d’assurer une bonne sécurité alimentaire d’un pays à long terme. L’amélioration des plantes est en continuel évolution surtout avec le développement des techniques récentes de Biologie Moléculaire, du Génie Génétique, de la Génomique et de la Bioinformatique, qui ont contribué efficacement et d’une façon rapide pour créer des variétés végétales nouvelles en se basant sur la grande diversité végétale existante dans le monde.

Cet Aide mémoire donne une approche empirique et descriptive de la Génétique et l’Amélioration des Plantes depuis l’antiquité jusqu’à ce jour. Il est destiné principalement aux étudiants universitaires inscrits en LMD Sciences Biologiques et Agronomiques ayant une base en génétique fondamentale et qui veulent s’initier dans ce domaine. Ce fascicule, peut être un outil d’enseignement et un bon guide pour les étudiants impliqués dans la recherche scientifique agronomique.

1. Qu’est ce que l’Amélioration des Plantes?

1.1. Définition de Jules Bouharmont

Selon Bouharmont (1994), une amélioration des rendements est indispensable pour faire face aux besoins croissants de l'humanité. Cette amélioration peut être très rapide pour des espèces récemment domestiquées (palmier à huile, hévéa).

Les progrès restent importants pour les céréales traditionnelles et d'autres plantes cultivées depuis des millénaires. Il existe cependant une limite : c'est la quantité de matière organique qui peut être produite dans une région donnée en fonction de la température et de l'insolation .

Un objectif constant est une répartition des produits du métabolisme de la plante en faveur des organes récoltés, limitant au maximum les déchets : chez les céréales, cette répartition implique un développement maximal du grain et un appareil végétatif réduit.

Le sélectionneur doit tenir compte non seulement de la productivité, mais aussi de caractères plus qualitatifs, comme la valeur nutritive, les propriétés organoleptiques et la composition des produits, l'esthétique, la résistance, la facilité de récolte, de transport, de conservation, le rendement à l'usinage.

En résumé, le sélectionneur doit se fixer un idéotype, une image idéale de la plante qu'il souhaite créer. Un idéotype très précis est cependant utopique, parce que trop de facteurs souvent contradictoires interviennent, entre lesquels un équilibre doit être trouvé.

D'autre part, la création d'une nouvelle variété demande généralement de nombreuses années, pendant lesquelles le sélectionneur doit être capable de modifier ses objectifs et ses méthodes pour s'adapter à des conditions nouvelles, corriger ses erreurs ou profiter de l'expérience de ces concurrents.

1.2. Définition de Yves Demarly

Selon Demarly (1996), il y a des centaines de milliers d’années, alors que l’un de nos ancêtres ramenait dans sa hutte des fruits pour les consommer en famille et laissait s’échapper des graines dans des détritus permettant une germination à proximité de l’habitation, l’amélioration des plantes était amorcée. Domestication inconsciente d’abord, jardinage ensuite, échanges, codification de l’agronomie, maîtrise des descendances renforcée par les premières lois génétiques, puis développement de l’amélioration des plantes en tant que science et éruption des biotechnologies.

Et pourtant la création d’une nouvelle variété est-elle une véritable science? Dessiner le profil d’un idéotype répondant mieux aux besoins de l’homme et de ses industries est aussi œuvre artistique, intuitive, sensible autant au confort de l’utilisateur qu’aux potentialités techniques du matériau.

En revanche, c’est une science que de replacer l’objet rêvé dans le concret et de calculer la trajectoire la plus efficace et la plus économique pour aller du matériau-source jusqu’à cet idéotype. C’est dans ce compromis qui tient de la science et de l’art que se joue l’amélioration des plantes (Fig. 1).

Les rendements de grandes productions telles que blé, betterave, maïs, colza, etc. ne cessent de progresser. On peut chiffrer statistiquement ce gain à 1% en moyenne chaque année.

Bien sûr une bonne partie de ces augmentations doit revenir aux améliorations pyrotechniques (engrais, traitements, machinisme). Mais des estimations de sources diverses annoncent que la moitié des gains réalisés doit être attribuée au progrès génétique, qui se traduit par l’introduction de nouvelles variétés. Si ces rendements sans cesse croissants ont parfois été obtenus au détriment de la qualité, cela ne constitue que quelques cas très particuliers.

La standardisation des blés impose des normes de valeurs boulangères bien définies qui n’ont pas freiné les gains de production, les valeurs diététiques de l’huile de colza ont progressé en même temps.

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Fig 1. Définition de l’Amélioration des Plantes (Demarly, 1996)

1.3. Définition d’André Gallais

Selon Gallais (2015), l’homme a commencé à cultiver les plantes il y a 10000 ans environs. Suite à de profonds changements climatiques qui ont eu lieu à cette époque, parce que ses activités de cueillette, chasse et pêche n’étaient plus suffisantes pour le nourrir, il est passé de l’état nomade à l’état sédentaire, et a commencé à récolter les produits issus des plantes qu’il avait semées.

Pour les espèces choisies, l’alternance du semis et de la récolte pendant de nombreux cycles a alors entrainé leur adaptation à la culture. C’est ce que l’on appelle la domestication des plantes. Elle constitue une sélection, à la fois par les conditions de culture, par les conditions de récolte et par les choix de l’homme qui a retenu et ressemé les plantes les plus adaptées à des goûts et ses besoins.

C’est bien la première forme de sélection opérée par l’homme pour mieux se nourrir, même si elle n’était pas toujours consciente.

Depuis cette période, le but de l’agriculture a toujours été de produire suffisamment, tant sur le plan quantitatif que sur le plant qualitatif, afin de mieux nourrir l’homme.

Dans les pays développés, celle-ci s’est intensifiée après la deuxième guerre mondiale grâce à l’utilisation d’engrais azotés de synthèse, au développement de la mécanisation et au recours aux fongicides, insecticides et désherbants.

Le problème est que les populations végétales naturelles, ou celles résultant de la domestication, ne permettent pas de répondre à toutes ces exigences.

L’amélioration génétique des plantes vise alors au développement de populations appelées variétés, qui soient, selon les espèces et les situations, plus productives, plus résistantes aux maladies et aux insectes, valorisent mieux l’eau et l’azote, soient mieux adaptées aux milieux de culture ou conditions d’utilisation (incluant la mécanisation) et possèdent de meilleures qualités (nutritionnelles, technologique,…).

Il s’agit de réunir dans une même variété le maximum de caractères, et donc de gènes, favorables pour les objectifs recherchés.

2. La Création variétale

La biodiversité se conserve mais se crée aussi. La création variétale peut être induite par l’hybridation ou le simple mélange entre deux ou plusieurs variétés choisies. La création variétale peut aussi être fortuite, c’est le cas des hybridations naturelles, des mutations naturelles... Les plantes ainsi repérées par l’homme peuvent être multipliées et sélectionnées pour donner naissance à de nouvelles variétés.

C’est l’ensemble des processus visant à rassembler des caractères d’intérêt au sein d’une nouvelle variété de plante cultivée. Ces caractères sont généralement recherchés chez des variétés déjà existantes ou chez des plantes sauvages de la même espèce ou d’espèces proches (Fig 2).

«Les espèces présentent plusieurs variétés cultivées ou cultivars».

Cultivar ou « variété cultivée » : population artificielle au sein d’une espèce , caractérisée par:

- Une base génétique étroite (voire réduite à un génotype);
- Des caractères agronomiques homogènes bien définis;
- Sa reproductibilité selon un schéma de sélection fixé et déposé.

2.1. Critères de sélection:

- Meilleure adaptation au milieu (froid, sécheresse, salinité… )
- Accroitre la productivité (objectif majeur de la révolution verte durant la seconde moitié du XXème siècle)
- Améliorer la qualité nutritionnelle et l’appétence (composition biochimique, qualités organoleptiques, aspect…)
- Optimiser la transformation (décortication des graines plus facile, meilleure panification…)
- Optimiser la conservation et le transport et plus récemment : préserver l’environnement (résistance aux agents pathogènes, tolérance aux herbicides, meilleure utilisation des engrais ou de l’eau…)

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Fig 2. Etapes de l’Amélioration des Plantes. (gnis – pédagogie)

2.2. Les différents types de sélection:

2.2.1. Sélection massale ou visuelle ( jusqu’à la fin du 19ème siècle):

C’est la sélection dans la masse d’une population végétale selon des critères phénotypiques propres à chaque agriculteur qui cultive cette population. Cette technique ancestrale de sélection permet d’améliorer la valeur moyenne de l’ensemble des individus de la population.

Elle consiste à retenir, dans une population, certaines plantes avec des caractères intéressants dont les graines seront utilisées comme semences l’année suivante (Fig 3).

Selon Bouharmont (1994), cette méthode a longtemps été appliquée avec succès chez beaucoup d'espèces allogames. Elle consiste à récolter la semence destinée à la génération suivante sur les plantes qui correspond aux souhaits de l'agriculteur. Pour les caractères fortement héritables, la sélection est efficace, elle se traduit par une augmentation progressive de la fréquence des allèles favorables dans les populations ; elle est plus lente que chez les autogames, surtout lorsque plusieurs gènes sont impliqués. L'observation du phénotype suffit pour la couleur du fruit, la morphologie de l'inflorescence ou la précocité.

La sélection massale pour le rendement est plus difficile : un test de descendance portant sur quelques dizaines de plantes est nécessaire pour contrôler la valeur des individus repérés au champ.

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Fig 3. Schéma de la Sélection Massale

2.2.2. Sélection moderne ou généalogique ( A partir du 20ème siècle):

C’est un procédé qui consiste à croiser volontairement des plantes qui disposent de caractères que l’on désire perpétuer et/ou associer (Fig 4).

La découverte de la reproduction sexuée des végétaux (1676, Millington-Grew) puis la redécouverte des lois de Mendel (1865) par De Vries (1903) posent les bases scientifiques de la sélection moderne :

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Fig 4. Schéma de la Sélection Généalogique ( Bouharmont, 1994).

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