Bases de la sélection végétale : Créer de nouvelles variétés par sélection artificielle

La sélection végétale est l'art et la science de modifier les caractéristiques des plantes afin de produire des traits désirés. Elle est pratiquée depuis des milliers d'années, depuis que les premiers agriculteurs sélectionnaient les meilleures graines de chaque récolte pour planter la génération suivante. Aujourd'hui, la sélection végétale combine des techniques traditionnelles avec des technologies modernes pour créer des variétés améliorées, plus productives, résistantes aux maladies et adaptées à diverses conditions environnementales. Cet article offre un aperçu complet de la sélection végétale, en se concentrant sur la sélection artificielle, l'une des méthodes les plus anciennes et les plus utilisées.

Qu'est-ce que la sélection artificielle ?

La sélection artificielle, également appelée sélection guidée par l'homme, est le processus de sélection de plantes présentant des caractéristiques souhaitables et de leur utilisation comme parents pour produire la génération suivante. Ce processus est répété sur de nombreuses générations, améliorant progressivement les caractéristiques souhaitées dans la population. Contrairement à l'ingénierie génétique, la sélection artificielle agit dans les limites de la variation génétique naturelle déjà présente au sein d'une espèce végétale. Elle n'introduit pas de gènes étrangers provenant d'autres espèces. C'est une méthode qui guide le processus évolutif dans une direction qui profite à l'homme.

Les principes de la sélection artificielle

La sélection artificielle repose sur plusieurs principes clés :

• Variation : Les individus d'une population doivent présenter une variation dans les caractéristiques d'intérêt. Sans variation, il n'y a rien à sélectionner. Cette variation découle des différences génétiques entre les individus.
• Héritabilité : Les caractéristiques souhaitées doivent être héritables, c'est-à-dire qu'elles peuvent être transmises des parents à la descendance. Les caractéristiques fortement influencées par l'environnement peuvent être difficiles à améliorer par sélection artificielle.
• Sélection : Les sélectionneurs doivent être capables d'identifier et de sélectionner les individus présentant la meilleure expression des caractéristiques souhaitées. Cela nécessite une observation, une mesure et une évaluation attentives.
• Reproduction : Les individus sélectionnés doivent pouvoir se reproduire, que ce soit par auto-fécondation, pollinisation croisée ou propagation végétative.

Étapes de la sélection artificielle

Le processus de sélection artificielle comprend généralement les étapes suivantes :

1. Définition des objectifs de sélection

La première étape consiste à définir clairement les objectifs de sélection. Quelles sont les caractéristiques que vous souhaitez améliorer ? Par exemple :

• Augmentation du rendement (par exemple, plus de grains par plante, des fruits plus gros)
• Amélioration de la résistance aux maladies (par exemple, résistance aux maladies fongiques, bactériennes ou virales)
• Amélioration de la teneur nutritionnelle (par exemple, des niveaux plus élevés de vitamines, de minéraux ou de protéines)
• Meilleure adaptation à des environnements spécifiques (par exemple, tolérance à la sécheresse, résistance au froid)
• Amélioration des caractéristiques de qualité (par exemple, meilleur goût, texture ou apparence)

Les objectifs de sélection doivent être spécifiques, mesurables, atteignables, pertinents et temporels (SMART). Par exemple, un objectif de sélection pourrait être de développer une variété de blé avec un rendement en grains 20 % plus élevé dans les zones sujettes à la sécheresse, dans un délai de cinq ans.

2. Sélection des plantes parentales

Une fois les objectifs de sélection définis, l'étape suivante consiste à sélectionner les plantes parentales qui possèdent les caractéristiques souhaitées. Cela implique d'évaluer un grand nombre de plantes et de choisir les individus qui répondent le mieux aux objectifs de sélection. Les sélectionneurs tiennent souvent compte de plusieurs caractéristiques simultanément, car l'amélioration d'une caractéristique peut parfois affecter négativement une autre. Les sources de plantes parentales peuvent inclure :

• Variétés locales (Landraces) : Variétés adaptées localement qui ont été développées par les agriculteurs au fil des générations. Les variétés locales possèdent souvent une large gamme de diversité génétique et peuvent être des sources précieuses de gènes pour la résistance aux maladies, la tolérance au stress et des caractéristiques de qualité uniques.
• Variétés anciennes (Heirloom Varieties) : Variétés à pollinisation libre qui ont été transmises au fil des familles ou des communautés pendant de nombreuses années. Comme les variétés locales, les variétés anciennes peuvent être une source de caractéristiques uniques et de diversité génétique.
• Lignées de sélection : Plantes qui ont été préalablement sélectionnées et améliorées par des programmes de sélection. Les lignées de sélection possèdent souvent une combinaison de caractéristiques désirables et peuvent être utilisées comme parents pour créer des variétés encore meilleures.
• Parents sauvages : Espèces sauvages étroitement apparentées aux cultures cultivées. Les parents sauvages peuvent être une source précieuse de gènes pour la résistance aux maladies, la tolérance au stress et d'autres caractéristiques qui peuvent être absentes chez les variétés cultivées. Cependant, la pollinisation croisée de cultures cultivées avec des parents sauvages peut être difficile et nécessiter des techniques spéciales.
• Banques de gènes : Collections de graines ou d'autres matériels végétaux conservés à des fins de conservation et de sélection. Les banques de gènes sont une ressource importante pour les sélectionneurs cherchant à accéder à une large gamme de diversité génétique. Des exemples incluent le Svalbard Global Seed Vault en Norvège et les banques de gènes nationales dans le monde entier.

Le processus de sélection peut être basé sur l'observation visuelle, la mesure des caractéristiques (par exemple, hauteur de la plante, taille du fruit, rendement) ou l'analyse en laboratoire (par exemple, test de résistance aux maladies ou de contenu nutritionnel). Dans certains cas, les sélectionneurs utilisent la sélection assistée par marqueurs (SAM), une technique qui utilise des marqueurs ADN pour identifier les plantes qui portent des gènes spécifiques pour les caractéristiques désirées. La SAM peut accélérer le processus de sélection et le rendre plus efficace.

3. Réalisation des croisements

Après la sélection des plantes parentales, l'étape suivante consiste à réaliser des croisements entre elles. Cela implique le transfert de pollen du parent mâle vers le parent femelle. La méthode spécifique utilisée pour le croisement dépend de l'espèce végétale et de sa biologie reproductive. Certaines plantes sont auto-fertiles, c'est-à-dire qu'elles peuvent s'auto-féconder. D'autres sont à pollinisation croisée, ce qui signifie qu'elles nécessitent le pollen d'une autre plante pour être fécondées.

Chez les plantes à pollinisation croisée, les sélectionneurs utilisent souvent la pollinisation manuelle pour contrôler les croisements et s'assurer que les parents souhaités sont utilisés. Cela implique de retirer soigneusement les anthères (organes producteurs de pollen) du parent femelle pour éviter l'auto-fécondation, puis de transférer le pollen du parent mâle vers le stigmate (la surface réceptive de la fleur femelle). Les fleurs sont ensuite couvertes pour éviter la pollinisation non désirée par d'autres plantes ou insectes.

Les graines produites à partir des croisements sont appelées F1 (première génération filiale). Les plantes F1 sont des hybrides, ce qui signifie qu'elles ont une combinaison de gènes des deux parents. La génération F1 est souvent uniforme et peut présenter vigueur hybride (hétérosis), ce qui signifie qu'elle est plus vigoureuse et productive que chacun de ses parents.

4. Évaluation et sélection de la descendance

L'étape suivante consiste à cultiver les plantes F1 et à évaluer leurs performances. Cela implique de semer les graines dans un champ ou une serre et d'observer leur croissance, leur développement et leur rendement. Les sélectionneurs mesurent et enregistrent soigneusement les données sur les caractéristiques d'intérêt, telles que la hauteur de la plante, la précocité de floraison, la résistance aux maladies et le rendement. Dans certains cas, ils peuvent également effectuer des tests en laboratoire pour évaluer la teneur nutritionnelle ou la qualité de la culture.

Sur la base des données collectées, les sélectionneurs choisissent les plantes les plus performantes à utiliser comme parents pour la génération suivante. Ce processus est répété pendant plusieurs générations, améliorant progressivement les caractéristiques souhaitées dans la population. À chaque génération, les sélectionneurs sélectionnent les plantes qui répondent le mieux aux objectifs de sélection et rejettent les autres.

Le processus de sélection peut être difficile, car la génération F1 présente souvent une ségrégation pour diverses caractéristiques. Cela signifie que la descendance des plantes F1 présentera une large gamme de variations, rendant difficile l'identification des meilleurs individus. Les sélectionneurs cultivent souvent de grandes populations de plantes pour augmenter les chances de trouver la combinaison de caractéristiques souhaitée.

5. Stabilisation de la variété

Après plusieurs générations de sélection, les plantes résultantes deviennent plus uniformes et stables pour les caractéristiques souhaitées. Cela signifie que la descendance ressemblera davantage à ses parents. Pour stabiliser une variété, les sélectionneurs utilisent souvent l'endogamie, qui consiste à croiser les plantes avec elles-mêmes ou avec des individus étroitement apparentés. L'endogamie augmente l'homozygotie des plantes, ce qui signifie qu'elles ont plus de copies identiques de chaque gène. Cela réduit la variation génétique dans la population et rend la variété plus prévisible.

L'endogamie peut également avoir des effets négatifs, tels qu'une réduction de la vigueur et de la fertilité. C'est ce qu'on appelle la dépression d'endogamie. Pour éviter la dépression d'endogamie, les sélectionneurs utilisent souvent d'autres techniques, telles que la descendance à graine unique (SSD), qui consiste à sélectionner une graine de chaque plante à chaque génération. La SSD permet aux sélectionneurs de maintenir une grande quantité de diversité génétique tout en améliorant progressivement les caractéristiques souhaitées.

6. Test et libération

Une fois qu'une variété est stabilisée, elle doit être testée pour s'assurer qu'elle se comporte bien dans différents environnements et selon différentes pratiques de gestion. Cela implique la réalisation d'essais au champ dans plusieurs localités et la comparaison des performances de la nouvelle variété avec les variétés existantes. Les essais sont conçus pour évaluer le rendement, la résistance aux maladies, la qualité et l'adaptabilité de la nouvelle variété.

Si la nouvelle variété obtient de bons résultats lors des essais, elle peut être mise à la disposition des agriculteurs. Le processus de mise sur le marché implique généralement l'obtention d'un enregistrement ou d'une certification officielle d'une agence gouvernementale. Cela garantit que la variété répond à certaines normes de qualité et de performance. Les sélectionneurs doivent également développer une stratégie de production et de distribution de semences pour garantir que les agriculteurs aient accès à la nouvelle variété.

Exemples de réussites de la sélection artificielle

La sélection artificielle a joué un rôle déterminant dans l'amélioration des cultures et du bétail dans le monde entier. Voici quelques exemples :

• Blé : La sélection artificielle a considérablement augmenté les rendements de blé au cours du siècle dernier. Les variétés de blé modernes sont plus productives, résistantes aux maladies et adaptées à une plus large gamme d'environnements que leurs prédécesseurs. La Révolution verte, dirigée par Norman Borlaug, s'est largement appuyée sur la sélection artificielle de variétés de blé à haut rendement pour lutter contre la faim dans les pays en développement.
• Riz : Semblable au blé, la sélection artificielle a considérablement augmenté les rendements de riz, en particulier en Asie. Le développement de variétés de riz semi-naines, comme l'IR8, a été une avancée majeure dans la lutte contre l'insécurité alimentaire.
• Maïs : La sélection artificielle a transformé le maïs d'une culture relativement improductive en l'une des cultures les plus importantes au monde. Les variétés de maïs modernes sont beaucoup plus productives, résistantes aux maladies et tolérantes au stress que leurs ancêtres. Le maïs hybride, produit par le croisement de deux lignées pures différentes, présente des niveaux élevés de vigueur hybride.
• Tomates : La sélection artificielle a abouti à une large gamme de variétés de tomates aux formes, tailles, couleurs et saveurs diverses. Les sélectionneurs ont également développé des variétés de tomates résistantes aux maladies et aux ravageurs courants.
• Bétail : La sélection artificielle est utilisée pour améliorer la productivité et la qualité du bétail depuis des siècles. Par exemple, les sélectionneurs ont sélectionné des vaches qui produisent plus de lait, des poules qui pondent plus d'œufs et des porcs qui grossissent plus rapidement et de manière plus maigre.

Ce ne sont là que quelques exemples des nombreuses réussites de la sélection artificielle. La sélection artificielle a joué un rôle crucial dans l'amélioration de la sécurité alimentaire, de la nutrition et des moyens de subsistance dans le monde entier.

Avantages et inconvénients de la sélection artificielle

La sélection artificielle offre plusieurs avantages :

• Relativement simple et peu coûteuse : La sélection artificielle est une technique relativement simple et peu coûteuse qui peut être utilisée par des sélectionneurs disposant de ressources limitées.
• Agit dans les limites de la variation naturelle : La sélection artificielle agit dans les limites de la variation génétique naturelle déjà présente au sein d'une espèce. Cela évite la nécessité d'introduire des gènes étrangers provenant d'autres espèces.
• Peut améliorer plusieurs caractéristiques simultanément : La sélection artificielle peut être utilisée pour améliorer plusieurs caractéristiques simultanément.
• Mène à des variétés stables : La sélection artificielle peut conduire au développement de variétés stables qui conservent leurs caractéristiques désirées sur de nombreuses générations.

Cependant, la sélection artificielle présente également certains inconvénients :

• Processus lent : La sélection artificielle peut être un processus lent, nécessitant de nombreuses générations pour obtenir des améliorations significatives.
• Limitée par la variation disponible : La sélection artificielle est limitée par la quantité de variation génétique disponible au sein d'une espèce. Si une caractéristique souhaitée n'est pas présente dans la population, elle ne peut pas être introduite par sélection artificielle seule.
• Peut entraîner une dépression d'endogamie : L'endogamie, souvent utilisée pour stabiliser les variétés, peut entraîner une dépression d'endogamie, qui peut réduire la vigueur et la fertilité.
• Peut sélectionner involontairement des caractéristiques indésirables : La sélection artificielle peut sélectionner involontairement des caractéristiques indésirables qui sont liées aux caractéristiques souhaitées.

Techniques modernes complétant la sélection artificielle

Bien que la sélection artificielle traditionnelle reste fondamentale, les technologies modernes en améliorent l'efficacité et la précision :

Sélection assistée par marqueurs (SAM)

La SAM utilise des marqueurs ADN liés à des gènes désirés pour identifier tôt dans le développement les plantes possédant ces gènes. Cela accélère le processus de sélection, en particulier pour les caractéristiques difficiles ou coûteuses à mesurer directement (par exemple, la résistance aux maladies).

Génomique et bio-informatique

Les avancées en génomique permettent aux sélectionneurs d'analyser le génome entier des plantes, identifiant les gènes contrôlant des caractéristiques importantes. Les outils bio-informatiques sont utilisés pour gérer et analyser la vaste quantité de données générées par les études génomiques.

Phénotypage à haut débit

Le phénotypage à haut débit utilise des systèmes automatisés et des capteurs pour mesurer rapidement les caractéristiques des plantes à grande échelle. Cela permet aux sélectionneurs d'évaluer plus de plantes avec plus de précision, améliorant l'efficacité de la sélection.

Doubles haploïdes

La technologie des doubles haploïdes accélère le processus de sélection en créant des plantes entièrement homozygotes en une seule génération. Cela élimine le besoin de plusieurs générations d'auto-fécondation pour atteindre la stabilité.

Édition du génome

Des techniques comme CRISPR-Cas9 permettent aux sélectionneurs de modifier précisément les gènes des plantes, introduisant des caractéristiques désirées ou supprimant celles indésirables. Bien qu'il ne s'agisse pas de sélection artificielle en soi, l'édition du génome peut compléter la sélection artificielle en créant une variation nouvelle ou en corrigeant des défauts.

L'avenir de la sélection végétale

La sélection végétale est confrontée à de nombreux défis au 21e siècle, notamment :

• Changement climatique : Développer des variétés adaptées aux climats changeants, y compris à l'augmentation de la sécheresse, de la chaleur et des inondations.
• Nouvelles maladies et ravageurs : Développer des variétés résistantes aux maladies et ravageurs nouveaux et évolutifs.
• Demande croissante de nourriture : Augmenter les rendements des cultures pour répondre à la demande croissante de nourriture d'une population mondiale en expansion.
• Agriculture durable : Développer des variétés plus durables, nécessitant moins d'eau, d'engrais et de pesticides.
• Sécurité nutritionnelle : Améliorer la teneur nutritionnelle des cultures pour lutter contre la malnutrition et les carences en micronutriments. La biofortification, processus d'augmentation de la teneur en nutriments des cultures par sélection ou ingénierie génétique, est une stratégie importante pour améliorer la sécurité nutritionnelle.

Pour relever ces défis, la sélection végétale devra continuer à innover et à adopter de nouvelles technologies. Cela inclut l'utilisation de techniques avancées telles que la génomique, l'édition de gènes et le phénotypage à haut débit. Cela nécessite également de favoriser la collaboration entre les sélectionneurs, les chercheurs et les agriculteurs pour garantir que les nouvelles variétés soient bien adaptées aux conditions locales et répondent aux besoins des agriculteurs.

Considérations éthiques

La sélection végétale soulève également plusieurs considérations éthiques :

• Accès aux semences : Veiller à ce que les agriculteurs aient accès à des semences abordables et de haute qualité. Les sociétés semencières brevettent souvent de nouvelles variétés, ce qui peut restreindre l'accès et augmenter le coût des semences.
• Diversité génétique : Conserver la diversité génétique des cultures. L'adoption généralisée de quelques variétés à haut rendement peut entraîner une perte de diversité génétique, rendant les cultures plus vulnérables aux maladies et aux ravageurs.
• Impact sur les petits agriculteurs : Veiller à ce que les nouvelles variétés profitent aux petits agriculteurs des pays en développement. Certaines nouvelles variétés peuvent nécessiter des intrants ou des pratiques de gestion coûteux qui ne sont pas accessibles aux petits agriculteurs.
• Transparence et engagement du public : Engager le public dans des discussions sur la sélection végétale et garantir que le processus est transparent et responsable.

Aborder ces considérations éthiques est essentiel pour garantir que la sélection végétale contribue à un système alimentaire plus durable et équitable.

Conclusion

La sélection artificielle est un outil puissant pour l'amélioration des plantes et a joué un rôle essentiel dans l'augmentation de la production alimentaire et l'amélioration du bien-être humain. En comprenant les principes et les techniques de la sélection artificielle, les sélectionneurs peuvent développer des variétés améliorées plus productives, résistantes aux maladies et adaptables aux environnements changeants. Alors que nous sommes confrontés à de nouveaux défis tels que le changement climatique et une population mondiale croissante, la sélection végétale continuera d'être essentielle pour assurer la sécurité alimentaire et un avenir durable. L'intégration des technologies modernes, combinée à un engagement envers des pratiques éthiques et durables, sera cruciale pour maximiser les avantages de la sélection végétale pour tous.