Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale CHAPITRE 4 : SÉLECTION CRÉATRICE CHEZ PLANTES AUTOGAMES Autogame = plante se reproduisant par AUTOFÉCONDATION = Lignée pure Homozygote Homogène Stable Ex : froment, colza, lin, orge, pois, lupin, … Avantages Homogénéité des cultures et produits récoltés Reproductibilité Stabilité Facilité de maintien Désavantage Risque d’uniformité génétique Pour crée nouvelles variétés -> apport de variabilité Etapes de sélection 1) Recherche des lignées pures parentales complémentaires 2) Croisement entre lignées pures parentales = création de variabilité 3) Autofécondation et sélections de des meilleures lignées pendant plusieurs générations 1) Recherche des lignées pures parentales complémentaires : - Recherche plantes présentant caractères souhaités et complémentaires - Croisements préliminaires éventuels - Autofécondations pour s’assurer de la pureté des lignées 2) Création de variabilité : - Choix du sens du croisement : détermination mâle et femelle - Castration de la lignée femelle (chimique, mécanique, génétique, ..) - Récolte du pollen sur lignée mâle - Dépôt du pollen sur stigmates de la lignée femelle 3) Autofécondation et sélection : - Sélection généalogique directe : la plus commune - Sélection généalogique indirecte : pour exploiter au max. la variabilité créée par l’hybridation - Sélection par rétrocroisement : introduire un caractère intéressant dans une variabilité existante Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale Sélection généalogique directe : Croisement de deux lignées pures parentales Autofécondation des la 1ere génération Choix des plantes (sélection) intéressantes dès la 2e génération, pendant 4-5 générations Autofécondation et essais pendant 4 ou 5 ans = nouvelle lignée pure ! Sélection généalogique indirecte : Croisement lignée pures parentales Autofécondation pendant 3 à 4 générations SANS sélection Choix de plantes intéressantes après ces générations = laisser s’exprimer un max. de variabilités Autofécondation, sélection et multiplication pendant 2-3 ans. = nouvelle lignée pure ! Sélection par rétrocroisement = backcross Utilisée quand on veut introduire un nombre limité de caractères dans une variétés déjà existante Réalisation de plusieurs croisements successifs avec la variété présentant les caractères à maintenir afin d’augmenter leur part dans le génome de la plante S’assurer que le caractère à introduire est toujours présent F0 : croisement parents D – AA (variété amélioratrice donneuse = possédant le caractère manquant) avec R – aa (variété amélioratrice receveuse = à améliorer) F1 : Tous hétérozygotes Aa, rétrocroisement avec R - aa = Backcross 1 (BC1) F2 : descendance 50%/50% : individus aa éliminés (ne présentant pas le caractère), individus Aa croisés à nouveau avec R – aa = BC2 F3 : Encore 50%/50% : aa éliminés, Aa x R – aa = BC3 F4 : BC4 F5 : BC5 F6 : individus Aa obtenus toujours hétérozygote alors que variété -> homozygote - Autofécondation, suivit d’une sélection généalogique : culture de lignée et famille de lignée Aa x Aa F7 : Aa, AA et aa (aa qu’on élimine) ; n’est possible de séparer homozygote AA (recherché) des hétérozygotes que par leurs descendants A chaque nouvelle génération en autofécondation : de plus en plus de AA et de moins en moins de aa Seules les lignées qui donnent une descendance homogène (= sans homozygotes récessifs aa) sont conservées = nouvelle variété très voisines de la variété R mais possédant à l’état homozygote le caractère favorable AA, apporté par la variété donneuse Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale CHAPITRE 1 : OBJECTIFS DE LA SÉLECTION Amélioration végétale = ensemble des activités scientifiques et techniques visant à mettre à disposition de l’agriculteur des variétés de plus en plus performantes. 2 grandes activités : - Sélection créatrice ou amélioratrice : nouvelle variétés (=nouvelle combinaison de caractère), activité de recherches Sélection conservatrice : Production de semence – diffusion du progrès (=garder variétés existantes), activité agricole Avenir de la sélection : - Pas d’inquiétudes Combinaisons infinies, diversité de variétés Evolution du contexte des productions, des besoins Moins couteux, peu d’effets sur l’environnement Objectifs : Ajustement permanent des plantes au services de l’homme - Productivité Qualité Productivité : Augmentation du rendement : 50% amélioration végétales, 50% amélioration de la technique culturale Souplesse d’adaptation : - Adaptation au sol et climat Résistance aux maladies et parasites Qualité de production : Adaptation aux exigences des utilisateurs : - Consommateurs Industriels Objectifs de sélection de variétés : - Résistances maladies, parasites - Adaptation climat, sol - Plus productives - Régularité des formes - Qualités culinaires - Mieux adaptées aux techniques culturales - Plus productives - Adaptées aux transformations (frites, chips, surgelé) Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale CHAPITRE 2 : BASES BIOLOGIQUES 1) Information génétique : – ADN, support de l’information génétique – Gène à proteine 2) Reproduction sexuée : - Méiose – Fécondation – Autofécondation – Fécondation croisée – Limites de le reproduction sexuée Méiose : Production de cellules reproductives (gamètes) - Haploïdes, 1 exemplaire de chaque chromosome, si cellule parentale diploïde - Répartition aléatoire des chromosomes - 1 seul allèle par caractère si cellule parentale 2n Fécondation : - Union aléatoire de 2 gamètes haploïde = œuf diploïde Individu avec 2 allèles par caractères (père et mère) 2 allèles identiques = homozygotes 2 allèles différents = hétérozygotes Allèle s’exprimant : Dominant ; Allèle ne s’exprimant pas : récessif Autofécondation : - Autogamie : Fécondation de l’ovule d’une plante par du pollen issu de la même plante. o o o Régression des hétérozygotes sous l’effet de l’autofécondation Lignées pures des plantes autogames = stables et homogènes Lignée pure : production 1 seul gamète Homogénéité des génotypes et phénotypes Stabilité des individus d’une génération à une autre Fécondation croisée : - Allogamie : Fécondation de l’ovule d’une plante par du pollen d’une autre plante de même espèce. o o Plantes à fleurs hermaphrodites ex : betterave, tournesol, … Plante monoïque : chaque plante possède des fleurs des deux sexes ex : maïs, noisetier o Plante dioïque : une plante porte un type de fleur, soit mâle, soit femelle ex : chanvre, dattier Brassage génétique à chaque génération : Individus hétérozygotes Génotype instable Beaucoup de combinaisons possibles Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale Reproduction des espèces cultivées : Allogames Multiplication Végétative Céréales : Maïs, Mil, Seigle, … Espèces fourragères : Graminées : dactyles, fétuques, ray-grass, Fléole, … Légumineuses : Luzerne, trèfle violet, trèfle blanc, lotier, … Espèces légumières : Asperges, Carottes, Céleri, concombre, chicorée, choux, endives, épinards, melon, oignons, navets, salsifis, … Espèces industrielles : Betteraves, chanvre, tournesol, … Espèces forestières : la plupart Espèces Alimentaires : Manioc, artichaut, fraisier, pomme de terre, patate douce, … Espèces fruitières : Bananier, cacaoyer, figuier, olivier, pêchers, poirier, pommier, … Autogames Céréales : Avoine, blé tendre, blé dur, Orge, Riz, Sorgho, … Légumineuse à graines : Arachides, Haricots, Féveroles, Lentilles, Lupin, Pois, Soja, Vesce, ... Espèces légumières : Aubergines, laitues, piments, poivrons, tomates, … Espèces industrielles : Colza, lin, coton, caféier arabica, tabac, … Espèces fruitières (à multiplication végétative habituelle) : Abricotiers, nectarines, pêchers, … Limites de la reproduction sexuée : Limites inhérentes à la reproduction sexuée Les biotechnologies Difficultés de réaliser des croisements entre espèces Exploiter la diversité et faciliter les croisements interspécifiques Risques d’introduction dans la nouvelle variété de caractères indésirables Connaître le génome et maîtriser l’apport de nouveaux caractères Délais pour créer une nouvelle variété liée aux cycles de végétation et au nombre de générations successives Diminuer le temps de création 3) Reproduction végétative : - A partir de d’un fragment de la plante mère Reproduction à l’identique (clones) Maintien des caractères de la plante mère Homogénéité et stabilité Propagation de maladies !! Virus Besoin d’une sélection sanitaire Techniques utilisées Sauvetage embryons interspécifiques Fusion de protoplastes La transgénèse Cartes génétiques Sélection assistée par marqueurs La génomique La transgénèse L’haploïdiploïdisation Cultures d’embryons immatures Sélection assistée par marqueurs La transgénèse Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale CHAPITRE 3 : ETAPES D’ AMÉLIORATION VÉGÉTALE o o o o Recenser la diversité Observer, choisir et croiser le matériel de départ Créer, fixer et évaluer les nouvelles plantes Inscrire la nouvelle création au catalogue officiel des variétés 1. Recenser la diversité Explorer et évaluer le matériel existant Variétés cultivés et sauvages... Evaluer la biodiversité existante dans l’espèce à améliorer Gestion et conservation des ressources génétiques = inventorier, caractériser et évaluer, conserver, régénérer et diffuser In situ Ex situ Collection d’anciennes variétés dans les vergers ou jardins conservatoires Banques de graines, de vitro plants : conservation par congélation, refroidissement ou lyophilisation Banque de gènes pour certaines espèces 2. Observer, choisir et croiser le matériel de départ : Réunir dans une même plantes les caractères recherchés, importants Croisements intraspécifiques Croisements interspécifiques Mutations = modification brusque du patrimoine héréditaire d’une cellule Mutation naturelle : génique ou chromosomique Mutation provoquée : par rayonnements ou substances chimiques Polyploïde Augmentation du nombre d’allèles par gènes Augmentation de la variabilité Modifications des performances de la plante Obtenu par un traitement à la colchicine 3. Créer, fixer et évaluer les nouvelles plantes Sélection et choix des plantes selon les objectifs de départ Technique de sélection adaptée aux caractéristiques de la reproduction et de la fécondation des plantes Plantes à reproduction sexuée : Contrôle de l’hybridation à grande échelle Hétérosis Pas de contrôle de l’hybridation à grande échelle Pas hétérosis Plantes à reproduction végétative Variété hybride (Autogame, allogame) Variété synthétique (allogame) Variétés lignées (autogames) Variétés clones Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale 4. Inscrire la nouvelle création au catalogue officiel des variétés Protection de l’obtention Autorisation de commercialisation 2 à 3 années d’examen selon espèce Jugement sur base de test VCU et DHS VCU : Valeur Cultural Utilisation (valorisation et caractère technologique) DHS : Distinction (nouveauté) Homogénéité (1 génération) Stabilité (entre générations) Inscription au catalogue national ou communautaire européen Autorisation à la multiplication et à la commercialisation Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale CHAPITRE 5 : SÉLECTION CRÉATRICE CHEZ LES PLANTES ALLOGAMES Reproduction par fécondation croisée : - Brassage génétique à chaque génération Génotypes INSTABLES et HÉTÉROZYGOTES Individus hétérogènes Performances moyennes des mélanges Plantes allogames = betteraves, seigle, maïs, tournesol, … Sélection créatrice chez es plantes allogames : 1. 2. 3. 4. 5. Inbreeding – Hétérosis Obtention des variétés hybrides Particularité chez le maïs Particularité chez la betterave Obtention de variétés synthétiques Objectifs sélection : - Améliorer les performances = profiter de l’effet d’hétérosis Produire des individus homogènes = hybrides F1 1. Inbreeding – Hétérosis Inbreeding = baisse de vigueur due à la consanguinité obtenue par autofécondation forcée Hétérosis = vigueur d’une lignée supérieure à celle des lignées parentales, due à la forte hétérozygotie des hybrides F1 Procédé/Fonctionnement : 1) Parmi une population non sélectionnée d’une espèce allogame -> on choisit plusieurs sujets en fonction de leur caractères intéressants (aspect, rendement, résistance) 2) On élève la descendance de ces lignées : AUTOFECONDATION forcée, durant plusieurs générations lignées pures homozygotes, sujets très semblables à l’intérieur de chaque lignée MAIS baisse de vigueur = Effet de consanguinité ou d’inbreeding 3) On croise 2 lignées pures. Hybrides obtenus de la F1 : tous semblables entre eux et retrouvent une vigueur non seulement supérieure à celle des parents, MAIS pour certaines des lignées hybrides supérieure à la valeur moyenne de la population d’origine = Effet de vigueur hybride ou d’hétérosis Exemple de qualitées de l’hybride obtenue : - gain en rendement, précocité - Meilleure vigueur de la plante - Résistance aux maladies et à la verse Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale 2. Obtention des variétés hybrides Chez les plantes allogames : maïs, betterave, tournesol, tomate Chez les plantes autogames : froment, colza Étapes : Obtention des lignées pures Sélection des lignées parentales Réalisation du croisement 2.1. Obtention des lignées pures : Choix des individus pour leur caractères Autofécondation forcée pendant plusieurs générations Elimination de lignées peu intéressantes Obtention de lignées pures 2.2. Sélection des lignées parentales Comparaison des lignées parentales entre elles : Test top-cross : croisement avec un même testeur = permet d’apprécier l’aptitude générale au croisement Test polycross : interfécondations de ttes les lignées entre elles Test diallèle : croisement 2 à 2 = recherche de partenaires idéaux = Meilleure lignées retenues et autofécondées pour être sûre d’avoir des lignées pures 2.3. Réalisation du croisement Choix de la lignée polinisatrice (mâle) et de la lignée porte-graine (femelle) Castration de la lignée porte-graine - mécaniquement (ex : maïs), chimiquement (gamétocides) ou génétiquement (ex : stérilité du mâle chez la betterave) Semis des lignées mâles et femelles en alternance pour assurer une pollinisation des fleurs femelles et permettre une fécondation croisée par le vent et insectes = Fécondation naturelle Récolte des hybrides F1 sur la lignée porte-graine Avantages - Association dans un génotype de caractères dominants Performances maximales associées à l’utilisation de l’hétérosis Stabilité des performances selon le milieu Homogénéité 3. Particularité Maïs Maïs = plante monoïque = plantes mâles et femelle sur le même pied = fleurs séparées sur le pied Inconvénients - Complexité et longueur du cycle de création des lignées parentales et des hybrides Contraintes et coûts de la production des semences Productions végétales : 3e partie : Amélioration végétale Obtention lignées pures : autifécondation Lignées parentales maintenues par autofécondation Castration mécanique : fleur mâle au sommet de la plante de la lignée femelle coupée 3. Particularité Betterave Voir syllabus ! 4. Obtention de variétés synthétiques Voir syllabus !
