20 juillet 2020
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Semences : la génétique s’adapte au réchauffement climatique

La plateforme Phénofield représente le nec plus ultra de la recherche sur la génétique des semences, dans l’optimisation de l’adaptation des variétés de grandes cultures au changement climatique. Elle participe à une tendance majeure de réorientation de la recherche en sélection vers ces nouveaux enjeux. Une réorientation lourde en temps et en investissement, mais un gain réel pour les semenciers à chaque avancée dans la compréhension du génome des cultures.
Par Perrine Hartmann, Publié il y a 2 semaines à 07h07

La sélection existe depuis le néolithique, période où les hommes sont devenus éleveurs et cultivateurs. A l’époque, les méthodes étaient beaucoup plus basiques mais les objectifs n’ont presque pas changé depuis : favoriser les variétés les plus résistantes, les plus productives, les plus nutritives et qui se transforment et se conservent le mieux. 

8 à 10 ans pour sélectionner une variété 

La sélection est devenue un métier essentiel à la filière semences depuis les avancées scientifiques en botanique et génétique. En France, plusieurs centaines de variétés sont sélectionnées tous les ans en grandes cultures. Il faut en moyenne entre 8 et 10 ans pour sélectionner une variété, mais cette durée tend à réduire avec le développement et l’appui des nouvelles technologies et des résultats de la recherche. 

D’ailleurs, depuis plusieurs années, le Fond de Soutien à l’Obtention Végétale (FSOV) attribue environ 13% de son budget de financement bisannuel à des programmes de recherche sur la thématique de l’adaptation aux stress abiotiques dans le contexte de changement climatique. 

Déjà 5 années de recherche des variétés les plus résistantes à la sécheresse sur la plateforme Phénofield  

Phénofield est une des neuf plateformes du projet Phénome (Projet d’Investissement d’Avenir par INRAe) qui illustre totalement l’investissement mis dans la recherche de variétés adaptées aux besoins et situations de demain.  

Cette plateforme, pilotée par Arvalis depuis 2015, est principalement dédiée à l’étude de la tolérance à la sécheresse des grandes cultures (maïs, céréales, colza) en conditions agriculteur, c’est à dire en plein champ. 

En 2015 et 2018, les essais ont portés sur l’évaluation du progrès génétique sur la tolérance au déficit hydrique de préfloraison, impliquant 22 variétés de maïs.   

228 variétés de blé testés face au stress hydrique 

En 2016, ce sont 228 variétés de blé tendre qui ont été étudiées afin de comprendre leur comportement au stress hydrique en fin de cycle. 

En 2017, les essais portaient à nouveau sur des variétés de blé tendre mais cette fois-ci sur leur comportement face aux stress combinés : azote et hydrique. 

En 2019-2020, les expérimentations se poursuivent sur l’ajustement des modèles en blé tendre, blé dur et orge.   

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C’est notamment grâce à ce type de démarche qu’il a été mis en évidence que certaines variétés économisent leur consommation en eau et réduisent leur croissance en cas de déficit hydrique. Elles peuvent ainsi rester viables plus longtemps mais la production en est affectée. D’autres variétés continuent leur activité photosynthétique et produisent de la biomasse en utilisant leurs réserves ; elles sont mieux adaptées, mais uniquement contre un stress court. 

Entre contrôle du climat, capteurs robotisés et bio-informatique : une plateforme de plein champ à la pointe de la technologie 

La plateforme est dotée de toits roulants automatiques qui permettent un total contrôle de la quantité d’eau apportée et donc la possibilité de simulation d’un stress hydrique. 17 climats différents peuvent ainsi être testés, sur plus de 300 variétés afin d’étudier la variabilité génétique face aux stress hydriques.   

©Arvalis

Les aménagements de cette plateforme permettent le développement d’un phénotypage à haut débit, une technique qui consiste à observer et mesurer les caractères agronomiques des plantes en continu, sans effectuer de mesures destructives. 

Pour cela, plusieurs types de capteurs sont utilisés, des plus « classiques » tels que les stations météo, positionnées autour des cultures ou au sein même des micro parcelles, ou des appareils photos qui permettent de suivre la surface foliaire verte des cultures. Mais il y a également des capteurs moins communs, tels que les lasers qui mesurent plusieurs points sur les plantes afin de calculer leur hauteur et donc suivre leur croissance, ou encore des spectroradiomètres, qui mesurent un indice de couleur permettant de déduire un taux de chlorophylle ou une teneur en azote. Toutes ces données sont étudiées dans des modèles bio-informatiques ou biostatistiques. 

Le phénotypage réalisé en plein champ est une étape indispensable mais il est également essentiel de l’associer à une phase d’étude des gènes en laboratoire. C’est le croisement de ces deux types de données qui intéressent les sélectionneurs. 

Après le terrain, lgénétique passe à la loupe au laboratoire  

En laboratoire, ce sont les gènes des variétés qui vont être passés au peigne fin (génotypage) avec pour objectif de les associer à des comportements observés en plein champ et donc d’identifier le rôle de chaque gène. Cette méthode s’appelle la génétique d’association et s’appuie sur des modèles statistiques. Elle fonctionne bien pour identifier des comportements simples reposant sur peu de gènes, comme pour la résistance aux maladies, mais se complexifie généralement lorsqu’il faut étudier la tolérance à la sécheresse ou encore l’utilisation de l’azote par la plante. Ces critères sont plus compliqués à étudier car ils relèvent du comportement de la plante tout en dépendant de facteurs externes (d’où l’intérêt de faire des essais en plein champs tout en gardant le contrôle sur les conditions climatiques).  

Une fois qu’un gène est identifié comme étant à l’origine de l’expression d’une résistance à des bioagresseurs ou d’une tolérance à un stress abiotique, le gain de temps devient considérable pour les sélectionneurs. Toutefois, la certitude scientifique d’une relation entre un gène et un comportement demande de nombreuses analyses et allers-retours, du champ au laboratoire.  

Quelle utilisation des résultats de ces recherches  

L’investissement dans ce genre de démarche est certes coûteux, mais Alain Auréjac, Responsable Marché Semences chez InVivo, confirme son intérêt et explique que « les semenciers travaillent de plus en plus sur le climat. Leur premier axe : la productivité n’est plus le seul paramètre recherché. Pour sécuriser les agriculteurs dans leur gestion des risques abiotiques (et biotiques), il est important de comprendre quelles variétés expriment leur potentiel de façon la plus stable, dans l’espace et dans le temps, quels que soient les aléas climatiques auxquelles elles sont soumises. Le deuxième axe de travail se situe dans un cadre d’anticipation des politiques publiques, vis-à-vis de la gestion des conflits d’usage de l’eau. Une variété qui a une meilleure capacité hydrique (plus faibles besoins, résistance à la sécheresse, etc.) sera valorisée par les sélectionneurs. ». L’intérêt pour le marché est donc réel. 

Les résultats obtenus par la plateforme Phénofield ont d’ores et déjà été partagés auprès de 10 semenciers français en blé et 7 semenciers en maïs. Ces résultats ont également été mutualisés au sein de plusieurs programmes de recherche français et internationaux. La plateforme permet également de collecter des données afin d’améliorer la performance d’outils d’aide à la décision pour les agriculteurs.