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Sélections variétales et environnement

Posté par le dans Biologie
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Par Alain Charcosset, INRA, Le Moulon
article issu de la présenattion faite le 16 sept dans le cadre du FESTIVAL VIVANT 2016
 
Les outils de la sélection sont de plus en plus précis. Ils tentent aujourd’hui de cerner les réponses aux stress qui constituent un enjeu majeur avec le réchauffement climatique.
 
La domestication des céréales a permis l’essor des grandes civilisations humaines, de façon quasi concomitante en Asie, Moyen-Orient, et Amérique centrale. Les premières variétés domestiquées ont fait l’objet d’une sélection empirique, liée à l’utilisation année après année de semences produites par des plantes présentant des caractéristiques favorables (épis mûrs, sains, etc…). Avec la migration des populations humaines, cette sélection a conduit à des adaptations environnementales locales. Un des exemples les plus spectaculaires est celui du maïs, domestiqué à l’origine en milieu tropical et qui  a été adapté aux températures froides et aux jours longs d’environnements nordiques allant jusqu’à la péninsule de Gaspésie. Cette approche empirique de la sélection au aussi été efficace pour sélectionner des résistances à des pathogènes. A contrario, elle s’est avérée peu efficace pour améliorer le rendement au-delà de ces phénomènes d’adaptation ou de résistances
. En effet, à l’intérieur d’un champ, la productivité d’une plante individuelle est liée davantage à des facteurs micro environnementaux qu’à ses caractéristiques génétiques. Sélectionner par exemple les plantes produisant le plus grand nombre de grains ne modifiera que très peu cette caractéristique à la génération suivante.
 
Uniformisation des lignées
 
Une rupture majeure dans les méthodes de sélection a eu lieu dans le courant du 19eme siècle puis au début du 20eme siècle, en faisant porter la sélection non plus sur des plantes individuelles mais sur des  familles de plantes apparentées. En France, les  Vilmorin ont été des pionniers dans ce domaine avec leurs travaux sur le blé.  Après quelques générations, les familles sont constituées d’individus quasiment identiques génétiquement, homozygotes (lignées pures) ou hétérozygotes (hybrides F1). Dans un environnement donné, l’observation de nombreuses plantes identiques ou apparentées permet d’être beaucoup précis sur l’évaluation de leur valeur génétique.  Une famille donnée peut aussi être évaluée dans plusieurs environnements (sites voire années). Ainsi le processus de sélection  pour une région donnée intègre un ensemble de conditions environnementales, ce qui permet de sélectionner pour la stabilité de production.
Ces approches ont pu être mises en œuvre à grande échelle grâce à des machines spécifiques permettant de semer puis récolter de très nombreuses « micro-parcelles » pour comparer différentes familles au sein d’un même champ. La pertinence et la précision de l’évaluation, la forte intensité de sélection (beaucoup de familles évaluée et peu de retenues au final) ont conduit à des gains de production majeurs chez toutes les espèces de grande culture. Il a aussi été établi que, contrairement à une idée reçue, la sélection a conduit en général à un progrès équivalent en conditions de culture optimales et en conditions limitantes.
 
La sélection dirigée avec marqueurs
 
De nouvelles approches ont  permis depuis les années 1980 de renforcer l’efficacité du processus de sélection, grâce notamment au développement rapide de méthodes d’analyse de l’ADN. Pour certaines espèces, il a été possible d’identifier des gènes ou régions génomiques conférant ou renforçant fortement une adaptation environnementale, telle la résistance à la submersion chez le riz, des gènes de nanisme du blé permettant une culture à plus haute densité (à l’origine de la fameuse révolution verte). L’identification de tels gènes permet de développer des « marqueurs génétiques » qui permettent une sélection dirigée, avec par exemple la détection précoce de plantes porteuses d’un facteur d’adaptation. D’autres caractères d’adaptation ont toutefois un déterminisme plus complexe, et il faut cumuler l’effet de plusieurs gènes pour obtenir une évolution importante. Pour de tels caractères, la diminution des couts d’analyses génétiques permet aujourd’hui   de mettre en place à grande échelle des approches de dite de sélection génomique.
 
Modèles statistiques
 
De façon simplifiée l’observation de performances pour de très nombreuses familles de plantes et l’analyse de leur génome, va permettre « d’entrainer » un modèle statistique pour prédire la valeur génétique de nouveaux individus à partir de l’analyse de l’ensemble de leur génome. Il est alors possibilité de prédire la performance dans les différents types de conditions environnementales susceptibles d’être rencontrées dans la région visée.
Des travaux très prometteurs sont actuellement en cours pour compléter ces approches par l’utilisation de modèles physiologiques et une caractérisation très poussée de certains individus dans des « plateformes de phénotypage », qui permettent d’accéder à des réponses environnementales spécifiques telles que la réponse à court terme des plantes à un déficit hydrique où des conditions de températures élevées.
 
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Invité mardi 26 septembre 2017

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