La sélection du blé, en pratique

La diversité biologique, en constante évolution, se caractérise par différents niveaux d’organisation : écosystèmes, espèces, populations (variétés ou races), et individus. Au sein des espèces, chaque individu a des caractéristiques génétiques différentes. Ces individus sont souvent regroupés au sein de variétés qui ont des caractéristiques génétiques différenciées.

Depuis les débuts de l’agriculture, l’homme puise dans la diversité du vivant et crée des variétés adaptées à ses besoins. La biodiversité est donc un patrimoine précieux pour l’agriculture. Des dispositifs de conservation et de gestion de la biodiversité (Bureau des Ressources Génétiques par exemple) existent pour transmettre aux générations toutes ces variétés. En ce qui concerne les céréales à paille, le Centre de ressources biologiques des céréales à pailles (infrastructure expérimentale du Centre INRAE Clermont-Auvergne-Rhône-Alpes - https://www6.clermont.inrae.fr/umr1095/Organisation/Plateformes/Centre-de-Ressources-Biologiques ), situé à Clermont-Ferrand, regroupe les espèces majeures d’intérêt agronomique des genre Triticum (blé), Hordeum (orge), Secale (seigle), Avena (avoine) ainsi que leurs apparentées sauvages.

Les plantes cultivées sont issues des plantes sauvages. La domestication des céréales a été un élément fondateur des premières civilisations humaines, au sortir de la préhistoire il y a environ 10 000 ans, dans le croissant fertile au Proche-Orient. Les différentes espèces de blé sauvages (Triticum, Aegilops) ont subi des transformations au cours du temps, suite à l’action de l’homme, et ont généré des espèces modernes par des évènements successifs de polyploïdisation, de croisements interspécifiques et de sélection progressive.

Le matériel héréditaire des plantes est constitué d’ADN, organisé en chromosomes inclus dans le noyau de chacune des cellules de l’individu. Tout caractère héréditaire dépend de l’activité d’unités réparties sur la molécule d’ADN et appelées « gènes ». Chaque gène occupe une position définie sur un chromosome. Le nombre de chromosomes des cellules somatiques d’un individu (symbolisé par le paramètre 2n) est toujours un multiple d’un nombre de base (x), variable avec l’espèce. Chez bon nombre d’entre elles, les cellules de l’individu contiennent 2n=2x chromosomes, on dit qu’elles sont diploïdes. Mais il n’est pas rare chez les plantes cultivées qu’une espèce possède 3, 4 exemplaires ou plus du nombre de base de chromosomes (triploïde, tétraploïde…). Lors d’un croisement, chaque parent donne un jeu de chromosomes (n) à l’hybride qui est obtenu. Un individu est dit homozygote si les deux copies d’un même gène sont identiques, ce qui est le cas pour les variétés de blé qui sont en général des lignées pures

Les travaux de génétique contemporaine montrent que la génétique de la domestication des céréales est assez simple. En fait, la domestication a été facilitée pour des espèces qui avaient des caractères phénotypiques favorables et des dispositions génétiques ou reproductives favorisant le maintien d’un type cultivé. Parce qu’elles possédaient des particularités génétiques simples préexistantes et que celles-ci ont été mises à profit par des pratiques agronomiques simples également. Par exemple : caractères agronomiques intéressants avec 2 versions possibles seulement d’un même gène (comme le rachis fragile, le grain vêtu vs nu…), ou encore regroupement des gènes favorables sur le même chromosome (ce qui implique que c’est plus facile à sélectionner).

Les blés cultivés aujourd’hui appartiennent à 4 espèces du genre Triticum :

• T. monococcum qui est diploïde (2n=14), c’est l’engrain ou le petit épeautre
• T. turgidum et T. timopheevi qui sont tétraploïdes (2n=28), dont le blé dur
• T. aestivum qui est hexaploïde (2n=42), le blé tendre, généralement à grains nus (froment), parfois à grain vêtu (le grand épeautre)

Des 4 espèces, T. aestivum est la plus importante économiquement avec la plupart des variétés de type blé tendre, adaptées à des conditions naturelles variées. T. turgidum est également très cultivée (variétés de blés durs) et est plus adaptée à des climats secs. Ces espèces sont dites autogames, ce qui veut dire qu’un individu va dans la majorité des cas s’autoféconder. Ce régime de reproduction donne naissance à des individus qui sont généralement fortement homozygotes, et les variétés sont des lignées pures, faciles à produire car donnant une descendance homogène et identique à la lignée parentale.

 

Les méthodes de sélection et de croisement pour le blé :

 

Généralement la mise au point d’une nouvelle variété demande au moins une dizaine d’années. La sélection est un travail au long court. Mais aussi un travail de fourmi : des milliers de phénotypes ou de génotypes de plantes doivent être mesurés-analysés-comparés.

 

 

 

 

 

 

 

 

a) Un premier stade : la sélection à partir des populations naturelles

Les populations naturelles ou variétés de pays sont un mélange d’individus ayant un certain nombre de caractères communs du fait de la sélection naturelle exercée par le climat, par exemple précocité pour les populations du Sud de la France ou résistance au froid pour celles de l’Est.

Les agriculteurs sélectionneurs ont dans un premier temps utilisé ces populations comme base de travail en appliquant deux types de sélection :

La sélection massale :

Ils choisissent dans la population les plus beaux épis qui correspondent le mieux au type qu’ils recherchent et les multiplient pour en faire des semences. Ce type de sélection a sans doute été pratique par les premiers agriculteurs pour les plantes potagères ou le maïs, mais peu vraisemblablement pour le blé qui demande des quantités de semences élevées. Ce sont plus probablement les premiers « sélectionneurs » modernes (XVIII° siècle ?) qui ont commencé la sélection massale dans des variétés populations de pays.

La sélection généalogique :

C’est un perfectionnement de la sélection massale : au lieu de multiplier en mélange les plus beaux épis on cultive séparément chaque épi, on suit sa descendance pendant plusieurs années, on ne garde que les meilleures lignées, les mieux adaptées au climat local. Les variétés qui sont obtenues de cette façon sont fortement homozygotes après plusieurs générations d’autofécondation. La descendance d’une plante ressemblera beaucoup à la plante dont elle est originaire. Ce type de variétés a donc été appelée « lignée pure » ou « lignée fixée ».

 

b) Une seconde étape : la sélection après croisement ou hybridation

La sélection moderne a véritablement débuté dans les années 1880 avec les premières variétés issues de croisements. Les populations de pays sont progressivement remplacées par les nouvelles variétés obtenues par des agriculteurs sélectionneurs qui deviennent par la suite sélectionneurs. Ces variétés sont aussi de type « lignée pure » ou « lignée fixée ».

 

Le choix des géniteurs :

Aucune variété n’étant parfaite on va choisir parmi les géniteurs disponibles ceux qui pourront corriger ses défauts et essayer de regrouper dans un même individu les qualités des parents en effectuant un ou plusieurs croisements (croisement simple avec deux parents, trois voies avec trois, ou double avec quatre). Les géniteurs peuvent être des variétés inscrites en France ou à l’étranger, des lignées en cours de sélection ou des ressources génétiques. A côté du rendement en grain qui reste prépondérant, la qualité d’utilisation (meunerie et panification pour le blé tendre, semoulerie et pastification pour le blé dur) et les résistances aux maladies, le froid, la verse… sont les critères majeurs recherchés dans une nouvelle variété.

 

Réalisation du croisement :

- L’épi de la variété choisie comme femelle est castré :

Les fleurs des céréales sont dites hermaphrodites c’est-à-dire que la fleur est bissexuée et possède des étamines et des carpelles fonctionnels. Pour réaliser un croisement il est nécessaire d’éliminer les étamines sur l’individu qui sera utilisé comme parent femelle sinon la fleur va s’autoféconder. On garde les deux fleurs les plus développées sur les épillets du centre de l’épi, on coupe à mi-hauteur les glumes et on arrache les trois étamines de chaque fleur avant leur maturité. L’épi est ensuite placé sous un sachet pour éviter une contamination par du pollen étranger - Voir la photo du haut de page -

- la pollinisation :

Après deux ou trois jours, l’épi castré est pollinisé par le pollen de la variété choisie comme mâle. Le croisement est étiqueté et placé de nouveau sous un sachet.

 

La sélection généalogique :

-Les grains obtenus (F1) sont semés sur une ligne de pépinière : pour un hybride simple issu de « lignées fixées » les plantes sont homogènes. De façon naturelle, les plantes vont s’autoféconder.

-Les grains récoltés (F2) sont semées en mélange et constituent la population de départ. C’est à partir de cette génération que les différences vont apparaître entre les plantes (disjonction des caractères).

Le travail du sélectionneur va consister à repérer les plantes qui combinent les caractères favorables des deux parents (résistance au froid, aux maladies, à la verse).

La descendance de chaque plante F2 sélectionnée constitue une lignée qui l’année suivante donnera une famille.

-Chaque famille sera sélectionnée pendant plusieurs années (F3 à F8) sur des critères d’homogénéité, de résistance aux maladies, de qualité, de productivité (au niveau local puis national), par rapport à des témoins officiels qui sont les variétés les plus cultivées.

Lorsque la lignée révèle un bon potentiel sur plusieurs années et est bien fixée elle est déposée à l’inscription. Pendant deux ans, elle va être comparée aux témoins officiels dans un réseau d’essais géré par le GEVES (Groupe d’Etude et de contrôle des Variétés et des Semences). Si la lignée apporte un progrès par rapport aux témoins elle sera inscrite au catalogue officiel. Elle sera ensuite multipliée et commercialisée.

 

D’autres méthodes peuvent être utilisées dans les premières années de sélection :

- La sélection en bulks : on laisse évoluer la population F2 de départ en mélange pendant 3 à 4 années sous pression de sélection naturelle ou sous une pression de sélection dirigée (par ex contamination artificielle de maladies, écimage pour éliminer les plantes trop hautes généralement sensibles à la verse) puis on choisit les plantes intéressantes qui rejoindront le cycle de sélection généalogique classique.

- La sélection par haplo-diploidisation : méthode par la production de plantes haploïdes (n chromosomes) in vitro. Ces plantes sont obtenues à partir de grain de pollen ou d’ovule et n’auront donc que la moitié des chromosomes. Pour obtenir à nouveau des plantes diploïdes et fertiles, on utilise la colchicine qui permet de doubler le nombre de chromosomes. Cette méthode permet d’obtenir des « lignées fixées » plus rapidement (on peut gagner 2 à 3 années par rapport à une sélection classique basée sur des autofécondations). Le coût financier est important mais les obtenteurs ont maintenant systématiquement recours à ces techniques pour une partie des descendances de croisement. D’autres techniques pour raccourcir le cycle de sélection existent comme le « speed breeding », qui consiste à cultiver les plantes en serre, en toute saison, en accélérant la maturité (jusqu’à 2.5 générations par an pour des types hiver).

Légende : la production d’haploides doublés : après pollinisation d’épis castrés par du pollen de maïs, développement de cellules haploïdes de l’ovule en embryon (a), mais sans albumen nourricier. Nécessité de prélever ces embryons 10-15 jours après la pollinisation (b) et de les cultiver in vitro (c). Quand les plantes commencent à taller, immersion dans une solution de colchicine pour provoquer le doublement chromosomique dans les cellules des méristèmes (d)

 

Apport des nouvelles technologies

Ces dix dernières années ont vu le développement rapide des méthodes d’analyse du génome. En parallèle de l’obtention de la séquence des blés cultivés, celle du blé tendre a été publiée en 2018, les technologies de marquage moléculaire ont rapidement évoluées. Un marqueur moléculaire permet de connaitre la séquence d’ADN qui est présente à un endroit du génome et donc de déterminer si des individus sont identiques ou différents à cet endroit. Les technologies actuelles permettent d’analyser en quelques heures des centaines d’individus pour des dizaines de milliers de marqueurs moléculaires. Elles permettent de sélectionner les individus d’une descendance qui sont par exemple porteurs d’un gène de résistance à une maladie ou un insecte. Ces technologies sont de plus en plus employées en sélection par les obtenteurs et à l’inscription par le GEVES.

 

Quelques exemples récents de sélection de variétés menés à INRAE

Le programme d’innovation variétale INRAE / AgriObtentions est orienté vers la création de variétés de blé tendre adaptées à une agriculture durable. Il repose sur un réseau d’unités impliquées dans la définition des objectifs de sélection, la réalisation des croisements, le suivi des pépinières, l’implantation des essais, la réalisation des analyses de qualité et la synthèse des résultats. Les unités d’ Estrées-Mons (UE GCIE), de Rennes (UMR IGEPP) et de Clermont (UMR GDEC) coordonnent avec Agri-Obtentions le programme. Encouragée par le plan Ecophyto et le plan Ambition Bio, la part du blé tendre cultivé en Agriculture Biologique (AB) est en augmentation. INRAE a été, jusqu’en 2020, l’unique sélectionneur français ayant inscrit des variétés adaptées à l’AB. On peut citer particulièrement les variétés Skerzzo et Hendrix qui ont été les pionnières en 2011. La variété Gwastell, premier blé biscuitier sélectionné pour l’AB, et la variété Geny, recommandée par la meunerie en AB, ont été inscrites en 2019.