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NOUVEAUX HORIZONS POUR L’AMELIORATION DES PLANTES Filière Industries Agricoles

NOUVEAUX HORIZONS POUR L’AMELIORATION DES PLANTES Filière Industries Agricoles et Alimentaires (IAA) Abderrahim Lazraq 1 2 INTRODUCTION Avec les nouvelles biotechnologies, les sélectionneurs poursuivent les mêmes objectifs qu'auparavant : disposer de variétés végétales résistantes aux stress, aux maladies, etc., permettre des techniques culturales simples et économes, fournir aux agriculteurs des plantes d'un niveau de productivité élevé et régulier, cultiver des plantes mieux adaptées à leur utilisation ou à leur transformation. Les sélectionneurs ont également des objectifs qui leur sont propres : disposer de ressources génétiques élargies, pouvoir introduire les gènes les plus intéressants de façon plus précise, rapide et efficace. Enfin, les biotechnologies ont aussi pour but d'améliorer les conditions liées à la production de semences, préalable à toute culture. Ce cours pédagogique a pour objectif de présenter les différentes méthodes classiques et biotechnologiques consacrées à l'amélioration des plantes et les moyens mis en œuvre. 3 PARTIE I AMELIORATION GENETIQUE DES PLANTES Méthodes conventionnelles (Classiques) 4 Introduction Aujourd'hui, l'amélioration végétale consiste à créer de nouvelles variétés à partir des variétés existantes, en les croisant entre elles et en sélectionnant les meilleures plantes issues de ces croisements. Des générations de sélectionneurs ont fait de la création variétale le fruit de l'observation, de la patience et de la passion. L'évolution des techniques et des connaissances permet aux sélectionneurs d'accroître leur efficacité, de gagner du temps sur les cycles végétatifs et de s'entourer d'outils de mesure et d'analyse au champ et au laboratoire pour confirmer leur choix. Ces méthodes issues du domaine de la statistique, de la biologie, de la biochimie et de la biotechnologie concernent l'ensemble de la sélection végétale. Mais le travail du sélectionneur dépendra toujours de l'espèce végétale à améliorer, de sa biologie, de son mode de reproduction et de ses utilisations. La diversité des schémas de sélection est donc celle des espèces et de la vie. Connaître les méthodes de sélection, c'est comprendre les ressources, les enjeux, les perspectives et mesurer l'importance des progrès acquis dans la création variétale. C'est aussi lire une page de l'histoire des hommes et des plantes. 5 Chapitre I : fonctions et principes de l’amélioration génétique des plantes I- Historique et évolution de l’amélioration des plantes La sélection végétale a commencé lorsque l’Homme a appris à choisir des plantes capables de le nourrir et de nourrir son bétail. Les méthodes de sélection pratiquées par l’Homme aux débuts de la domestication des plantes semblent être primitives par rapport à celles utilisées de nos jours par les sélectionneurs. Les formes modernes de l’amélioration des plantes sont apparues aux XIXème siècle après un long processus d’élaboration d’une méthode de sélection. Domestication inconsciente → jardinage → échange → codification de l’agronomie → maîtrise des descendances renforcée par les premières lois génétiques → développement de l’amélioration des plantes en tant que science et éruption des biotechnologies. Les étapes de la domestication des plantes 6 L'exemple du maïs L'histoire du maïs est étroitement liée à celle de l'humanité. Grâce au travail de l'homme, cette plante a évolué et son aire de culture s'est développée. Le maïs résulterait de la domestication du téosinte par l'homme. Le téosinte, proche génétiquement du maïs, est cependant différent sur le plan morphologique. Le téosinte présente un tallage abondant, un épi de petite taille et une sensibilité à l'égrenage. Les premiers maïs, datés de - 7 000 ans, ont été découverts au centre du Mexique. Les civilisations indiennes ont effectué sa domestication. Un épi de maïs mesurait alors environ 2,5 cm et les rendements supposés atteignaient 0,12 t/ha. Les caravelles des conquistadors apportent le maïs dans le sud de l'Europe, où il se développe en populations adaptées à chaque terroir. Avec la redécouverte des lois de Mendel à la fin du 19e siècle et la mise en évidence du phénomène d'hybridation au début du 20e siècle, naît la sélection des plantes, telle que nous la connaissons aujourd'hui. Le maïs est l'espèce dans laquelle les premiers hybrides ont été créés. Ces variétés hybrides sont plus vigoureuses que les populations, c'est le résultat de l'hétérosis, appelé également vigueur hybride. Elles ont permis notamment l'extension des zones de culture du maïs grâce à une meilleure tolérance au froid et une plus grande précocité. Ces hybrides résultent du croisement entre des lignées américaines de maïs à grains dentés et des lignées européennes à grains cornés. Les premières lignées cornées proviennent de populations locales telles que la population Lacaune, qui était cultivée dans le Sud-Ouest. 7 Les repères historiques de la sélection Progrès des connaissances 1676. Découverte du rôle des organes sexuels chez les végétaux par Millington- Grew. 1880. Visualisation des chromosomes par Strasburger-Boveri, et mise en évidence de leur implication dans la division cellulaire. 1900. Mise en application des lois de Mendel sur l'hérédité. Ses travaux sur le croisement de deux variétés de petits pois définissent les règles de base de la génétique. C'est la naissance de la sélection des plantes. 1902. Découverte de la totipotence des cellules végétales par Haberland. Un tissu végétal est capable de régénérer une plante. 1908. Découverte de l'intérêt des hybrides par Shull sur le maïs. Le croisement de deux lignées permet d'obtenir un hybride qui exploite l'hétérosis. 1953. Description de la structure en double hélice de l'ADN par Watson et Crick. 1960. Découverte du code génétique par Crick, Nirenberg, Mathaeri et Ochoa. 1965. Découverte des enzymes de restriction par Aber, Smith et Nathans. Ces protéines coupent l'ADN au niveau de sites particuliers. 1977. Découverte du transfert de gènes par des agrobactéries, bactéries du sol pathogènes de nombreuses espèces végétales, par Schell. Il a montré que la virulence de ces bactéries est due à un transfert de gènes de la bactérie vers les cellules végétales. Progrès des techniques Les progrès des connaissances ont permis ensuite de mettre au point les techniques. Voici quelques exemples d'application : 1911. Notion de liaison génétique par Morgan. Il démontre que les gènes sont disposés de façon linéaire sur les chromosomes et que de plus, lorsqu'ils sont situés sur le même chromosome, ils sont transmis à la descendance comme une seule unité. On dit qu'ils sont liés. 1935. Première carte génétique partielle du maïs par Emerson. 1950. Premières techniques de culture in vitro. Il s'agit de la technique de multiplication végétative, développée par Morel et Martin, sur la pomme de terre. 1961. Illustration des principes d'analyse des locus impliqués dans la variation des caractères quantitatifs, par Thoday. 8 1964. Premières cultures de cellules sexuelles mâles chez le Datura innoxia, par Guha et Maheshwari. Elles ouvrent la voie à la production de plantes haploïdes. 1975. Description de la méthode de Southern, du nom de son inventeur. Le principe de la technique repose sur l'hybridation de l'ADN avec une sonde d'ADN marquée. 1978. Premières fusions de protoplastes, par Melchers. Elles permettent de s'affranchir partiellement de la barrière entre espèces. 1983. Premiers tabacs transgéniques obtenus en même temps par une une équipe belge et une équipe américaine. I- Définition L'amélioration des plantes a pour but de créer de nouvelles variétés à partir de la diversité existante. Elle consiste à croiser deux plantes choisies pour leurs caractères intéressants et complémentaires afin de les réunir dans une seule. Par le choix des meilleures plantes dans la descendance, les sélectionneurs aboutissent après un long travail d'épurations successives à la création d'une nouvelle variété. La sélection à ses débuts était basée surtout sur le jugement du sélectionneur et sur sa capacité à identifier les génotypes supérieurs. De nos jours, et avec le développement spectaculaire des sciences biologiques, la sélection végétale est devenue plus une science qu’un art, puisqu’elle s’appuie sur les lois de la génétique et sur l’essor biotechnologique qui permettent aux sélectionneurs de raisonner le choix des génotypes. L’introduction de nouvelles espèces 9 Les origines des principales plantes cultivées La sélection est à l'origine de l'implantation durable de nombreuses espèces, permettant ainsi d'offrir à chaque région la possibilité de disposer d'une grande diversité botanique de cultures. Au Maroc, de nombreuses productions végétales devenues importantes ont des origines géographiques très lointaines, comme par exemple la pomme de terre, originaire du Pérou ou le maïs de l'Amérique Centrale. III- Objectifs Les objectifs de la sélection sont nombreux. Généralement, le premier critère évoqué est la productivité. La productivité dépend de nombreux facteurs. Elle peut être le résultat de la réduction des facteurs limitants du rendement, mais le potentiel de productivité peut également être accru par une amélioration de la physiologie des plantes. Les espèces végétales sont également plus ou moins plastiques C’est un objectif ambitieux, car il vise la création de cultivars «cutivated varieties » ayant un ensemble de caractéristiques leur permettant d’être cultivés avec profit par le producteur et d’être appréciés par le consommateur. D'autre part, on demande de plus en plus à l'agriculture de respecter l'environnement, de contribuer à des activités industrielles et de produire des molécules à usage pharmaceutique. La recherche prend déjà en compte ces nouveaux critères afin de permettre par exemple la production d'énergie, de substances transformées à usage non alimentaire, de vaccins ou de médicaments. 1- Pour le producteur : a) augmentation du uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-agp-iaa.pdf