La sélection de variétés résistantes aux bioagresseurs nécessite de l'écoute, du temps et des moyens, comme en témoignent les responsables recherche du groupe Florimond Desprez.

Producteur de semences et obtenteur, le groupe Florimond Desprez travaille une dizaine de plantes industrielles. Dans le cadre de son activité de création variétale, l'obtention de plantes résistantes aux bioagresseurs constitue un des axes importants de recherche, à côté d'autres travaux portant sur la tolérance au stress hydrique, la qualité industrielle ou nutritionnelle et sanitaire.

L'amélioration variétale chez FD

Les moyens dédiés

Le groupe investit environ 15 % de son CA dans la recherche, dispose de nombreux équipements (serres, chambres froides et de cultures, champs d'expérimentation, équipements de phénotypage...) pour faciliter l'évaluation et/ou la création de matériels de sélection. A<0300_7> l'appui de cette sélection « traditionnelle », le groupe FD dispose également de laboratoires maîtrisant les biotechnologies cellulaires et moléculaires, de génétique et biométrie(1), d'analyse chimique et de pathologie.

C'est à Cappelle-en-Pévèle, siège de l'entreprise dans le nord de la France, et à Tirlemont, en Belgique, que sont concentrés la très grande majorité des activités recherche et surtout des équipements associés d'aide à la sélection. Le groupe dispose ainsi de plateformes de génotypage dotées des outils les plus modernes en matière de marquage moléculaire et des compétences humaines associées, bio-informaticiens, gestionnaires de grandes bases de données et analystes. Depuis quelques années déjà, le groupe FD a investi dans la cartographie génétique et surtout dans les génomes des plantes qu'il travaille. Tout en bénéficiant d'un certain nombre d'outils publics (en particulier chez le blé), il a développé ses propres ressources génomiques et puces à ADN (pour la betterave, la pomme de terre, la chicorée...).

Pour tous ces travaux, le groupe FD dispose d'experts et d'expertises associées, mais aussi des équipes de terrain nécessaires à leur réalisation.

Place occupée par la résistance aux bioagresseurs

D'une manière très pragmatique, le but ultime de la création variétale est l'obtention, à un moment donné, d'une variété en adéquation avec les besoins des utilisateurs, c'est-à-dire de l'agriculteur, de l'industriel agroalimentaire et du consommateur final. Il faut donc que la variété réponde à un certain nombre de critères requis par ces différents acteurs. Ces critères concernent les valeurs agronomiques telles que le rendement et sa régularité au cours du temps, l'agroécologie et l'aptitude des nouvelles variétés à répondre à des conduites de culture de moins en moins exigeantes en intrants. Les procédés industriels évoluant régulièrement, il est indispensable que les aptitudes de transformation technologique de la variété suivent cette dynamique. Le consommateur impose ses choix aux produits qu'il achète, de sorte que les aspects qualité et sécurité des aliments sont devenus des critères de plus en plus importants. En résumé, on voit bien que leur répercussion sur les critères de sélection est élevée. Nous avons cité le rendement, sa régularité, la résilience, les caractéristiques technologiques, la qualité et la sécurité. Chacun de ces critères est contrôlé par de nombreux gènes dont le sélectionneur doit tenir compte pour atteindre ses objectifs, c'est-à-dire mettre au point une variété qui soit utilisée par et pour le plus grand nombre et le plus longtemps possible.

La mise au point de variétés résistantes aux bioagresseurs est une priorité amplifiée du fait de la législation limitant le nombre de substances actives approuvées et relayée par la demande plus ciblée des consommateurs. De fait, la génétique joue un rôle très important à la fois du côté de l'hôte mais aussi du pathogène. La meilleure connaissance des deux compartiments et de leurs interactions est primordiale. C'est la raison pour laquelle le groupe a créé, il y a plusieurs années, le service Smartpath dédié à la phytopathologie et dirigé par Guillaume Saubeau.

Par ailleurs, l'histoire a montré qu'il n'est pas rare d'observer le contournement de gènes de résistance lorsque l'inoculum parasite et sa diversité de virulence augmentent. De fait, les programmes d'amélioration génétique se sont orientés vers une résistance de type quantitatif. Ce type de résistance met à contribution de nombreux gènes à effets faibles, mais complémentaires. Le fait que de nombreux gènes indépendants soient impliqués et que chacun ait une contribution faible mais additive explique que le contournement d'un seul ait un effet minime et, par conséquent, que la résistance soit plus durable. La combinaison d'usage de la génétique d'association(1) et de la sélection génomique(1) permet d'exploiter plus efficacement ce type de ressources génétiques. La connaissance des génomes des bioagresseurs aidera aussi à mieux maîtriser la durabilité des résistances/tolérances.

Stratégies et freins

Investir dans un programme de R&D d'une variété résistante

À la source d'un programme de R&D pour l'obtention d'une variété résistante, il y a toujours l'observation en pratique au champ. Elle résulte souvent des équipes « marketing », suite ou non à l'interpellation d'un exploitant agricole. Parce que la sélection variétale nécessite des durées longues, le sélectionneur est obligé d'anticiper rapidement les risques liés au développement d'une maladie. Ainsi, il faut surveiller ce qui se passe du point de vue sanitaire sur toutes les régions de production du monde. Le réseau international est un atout majeur. La rhizomanie, l'une des maladies les plus importantes de la betterave à sucre (causée par un virus transmis par un parasite du sol), a été observée pour la première fois dans les années 1950 au nord de l'Italie. Au début des années 1980, la première variété résistante à la rhizomanie développée par SES a été proposée sur le marché, plusieurs années avant l'arrivée de la maladie via l'est de la France. Ensuite, des variétés résistantes ont été développées par Florimond Desprez et KWS. Ces sociétés de sélection sont arrivées sur le marché en pionniers quand d'autres n'ont pas pressenti les risques d'incidence de cette maladie dévastatrice. Prédire n'est pas facile, d'autant que certaines maladies, en particulier celles très virulentes, ne sortent pas de zones territoriales très limitées.

Les choix, chez FD, ont été souvent de privilégier la résistance aux maladies virales, comme la rhizomanie ou la jaunisse de la betterave. Les virus présentent des petits génomes très changeants favorisant l'apparition de variants génétiques. Le vecteur du virus (organisme du sol comme un champignon, un nématode ou encore un puceron...) intervient aussi dans le développement de la maladie. Cela rend plus difficiles, aléatoires et coûteuses les expérimentations pour tester l'efficacité des résistances variétales. La biologie moléculaire et le marquage génétique ont facilité ces travaux, fort heureusement.

Depuis quelques années, les maladies végétales présentant un danger pour la nutrition humaine, notamment à cause de toxines produites (ergot du seigle, par exemple), sont devenues une cible importante pour la sélection de résistance. Les effets de l'alcaloïde (le diéthyllysergamide ou LSD) produit par l'ergot du seigle (Claviceps purpurea) restent gravés dans les mémoires. Parmi les mycotoxines, il y a également le déoxynivalénol ou DON (mycotoxine produite lors d'attaques de fusariose, en particulier sur céréales). Les liens avec la nutrition humaine sont ainsi de plus en plus appréhendés : certaines molécules, métabolites spécifiques comme les sesquiterpènes lactones, sont responsables de propriétés gustatives comme l'amertume. Rarement recherchées, surtout considérées comme « néfastes » pour certains consommateurs, elles ont suscité des recherches pour les « contre-sélectionner ». Pourtant, certaines de ces molécules sont responsables, pour partie, de la protection des plantes contre des bioagresseurs. Le sélectionneur va chercher à combiner qualité sanitaire et qualité gustative, quand c'est possible.

Le rythme des réformes politiques et l'accumulation de nouveaux objectifs constituent des freins à la sélection, par essence lente dans son processus. Le temps nécessaire à la mise au point de la solution n'est jamais considéré. Les contraintes viennent également des nombreux outils dont l'usage est réglementé au sein de l'Union européenne (OGM, édition de gènes, produits mutagènes, gamétocides...).

Recherche et développement

Échelles de temps mises en oeuvre pour l'amélioration variétale

D'une manière générale, il faut compter au moins une dizaine d'années pour créer une nouvelle variété (à partir du croisement initial entre deux géniteurs déjà élites) pour des espèces annuelles comme les blés tendre et dur, l'orge, le triticale, la pomme de terre, et davantage pour des bisannuelles telles les betteraves sucrière et fourragère ou la chicorée industrielle.

En amont de ces croisements dits « pères de famille », tout un travail, long et onéreux, est mis en oeuvre pour identifier des gènes d'intérêt jusqu'alors inexploités, de matériel génétique ancien, exotique, voire d'espèces proches ou sauvages afin de les introgresser dans du matériel plus contemporain. Ce travail appelé de présélection (« pre-breeding » en anglais) nécessite très souvent de nombreux rétrocroisements en prenant le matériel élite comme parent récurrent. Pendant cette période de rétrocroisements sont intercalées des phases d'évaluation phénotypique ou même génotypique avec les outils modernes déjà mentionnés. En quelques mots, il s'agit de retrouver un matériel dont le fond génétique est le plus proche possible d'un matériel élite ayant intégré, par croisements successifs, la ou les régions du génome du parent donneur apportant le ou les caractères nouveaux. Ce travail de présélection est généralement détaché de celui de la création variétale car il nécessite un regard moins précis que celui du sélectionneur pour obtenir, en plusieurs cycles de croisements/observations, le matériel génétique qui se rapprochera progressivement du matériel élite souhaité. À titre d'exemples, citons le transfert du gène Pch1 conférant la résistance au piétin-verse à partir du géniteur sauvage, Aegilops ventricosa. Ce transfert a nécessité l'utilisation de Triticum turgidum comme espèce-pont (« bridge cross breeding » en anglais), la synthèse d'un amphiploïde(1) suivie de plusieurs rétrocroisements avec la variété de blé 'Marne'(2). De nombreuses années ont été nécessaires avant d'obtenir la lignée de blé tendre VPM1 en 1967 et la première variété cultivée 'Roazon' inscrite onze ans plus tard. Depuis et du fait de sa durabilité, Pch1 est toujours utilisé dans les programmes d'amélioration du blé tendre actuels.

Autre exemple, celui de l'amélioration de la pomme de terre vis-à-vis du mildiou dû au champignon pathogène, Phytophthora infestans. Quelques variétés résistantes au mildiou ont été obtenues telles que 'Bionica', 'Toluca' et 'Sarpo Mira'. Les deux premières variétés contiennent la même résistance monogénique, Rpi-blb-2, de Solanum bulbocastanum. Ce travail a demandé plus de quarante ans depuis le tout premier croisement réalisé en 1959 et l'obtention des variétés en 2005(3).

Impact des progrès technologiques

Plusieurs technologies peuvent être mises en oeuvre pour réduire le temps nécessaire à l'obtention de variétés performantes. Citons, par exemple, l'utilisation d'haploïdes doublés - HD qui est la voie la plus rapide pour obtenir du matériel homozygote (fixé) à partir d'un croisement initial. Une autre approche est la filiation unipare (« single-seed descent » en anglais) : des générations accélérées juste après le croisement réalisées en serre permettent après deux à quatre cycles (sans sélection et en ne semant que quelques grains de chaque plante à chaque génération) d'obtenir des lignées fixées en minimisant la perte de variabilité. Ces deux technologies requièrent toutefois des investissements et matériels conséquents que l'on ne peut valoriser qu'en obtenant des variétés performantes plus rapidement.

Sont mises en oeuvre aussi, depuis quelques décennies, les techniques de marquage moléculaire dont les outils ont progressé ces dernières années, notamment grâce à l'exploitation des données de séquençage des génomes chez pratiquement toutes les espèces cultivées. Les marqueurs moléculaires peuvent être définis comme des étiquettes de l'ADN permettant de révéler des différences entre allèles(1). Ils peuvent se situer proches de loci ayant des allèles recherchés et constituer de véritables outils de sélection, voire révéler directement un gène d'intérêt (« marqueurs parfaits »). Ils ont l'avantage de pouvoir s'appliquer à un stade précoce avec une grande précision et à faible coût.

D'autres stratégies telles que l'utilisation du déséquilibre de liaison (« Linkage disequilibrium(1) ou LD), la génétique d'association(1) (« Genome-wide association study » ou GWAS) et la sélection génomique(1) (SG) sont de plus en plus utilisées pour détecter des gènes à effets faibles, si possible additifs. Par exemple, de nombreux marqueurs moléculaires associés à des gènes de résistance vis-à-vis de plusieurs maladies foliaires ont pu être identifiés dans des collections de blé tendre du CIMMYT(4) et d'orge du N.I. Vavilov Research Institute of Plant Genetic Resources(5). La sélection génomique met en oeuvre le phénotypage de populations dites d'entraînement et un génotypage dense de celles-ci. À partir de ces données phénotypiques et génotypiques, il est possible de prédire la valeur de lignées en cours de sélection sans avoir à les phénotyper. L'utilisation de la SG pour des résistances durables à plusieurs agents pathogènes du blé tendre est présentée dans la synthèse de Sweeney et al. (2019)(6).

Une fois bien établies, ces techniques de marquage moléculaire et leurs applications dans les schémas de sélection permettent non seulement de gagner du temps mais aussi une précision d'introgression génétique qu'il serait impossible à atteindre avec des méthodes de sélection traditionnelles.

Limites et durabilité de la résistance variétale

La résistance variétale a un coût « génétique » souvent sous-estimé. Une variété résistante est en effet souvent moins performante (en termes de rendement, de croissance...) qu'une variété équivalente sensible. Le rythme du progrès fait que l'introduction d'une résistance induit un retard et donc un déficit de potentiel par rapport aux ressources génétiques qui ont progressé chaque année.

Une autre raison à cette moindre performance est la liaison du gène d'intérêt avec des gènes non désirables et contre-sélectionnés (par exemple induisant une sensibilité à une autre maladie). Ce phénomène est qualifié en anglais de « linkage drag ».

Enfin, le mécanisme lui-même de résistance a un coût métabolomique(1)/énergétique plus ou moins important pour la plante.

Il faut aussi parler de la durabilité de ces résistances... L'idéal est d'associer ces résistances à d'autres moyens de lutte ou d'accompagnement (y compris des biostimulants...). Il ne faut pas oublier que l'accumulation des objectifs de sélection diminue la variabilité de façon drastique. À terme, cela ralentit et complexifie les nouvelles introgressions et l'efficacité de la sélection. Disposer de solutions autres que génétiques permet donc de s'affranchir, au moins en partie, de ces contraintes. Avoir des solutions même incomplètes mais combinées à l'approche génétique permet aussi d'être plus efficace, plus durable, à l'instar de la polythérapie (comme par exemple la lutte contre le sida chez l'homme).

Perspectives

Les aspects « maladies et ravageurs » restent et resteront toujours importants, voire les plus importants. Les solutions « uniques » sont de moins en moins envisageables et il faut considérer des approches intégrées. Des outils OGM et d'édition des génomes permettent d'envisager des résistances à des groupes de maladies et de façon certainement plus durable et moins coûteuse en termes de génétique et/ou de métabolique, voire même d'environnement, que les méthodes classiques. Mais pour des raisons réglementaires, en Europe, il faut se retourner vers des approches plus cognitives (connaissance des génomes, des modes de transmission, de multiplication, de défenses...), plus « combinatoires », et certainement plus coûteuses à mettre en oeuvre. Sur ce point, le travail collaboratif prend tout son sens.

Les outils autres que génétiques sont plus nombreux, efficaces, moins invasifs ou destructifs, moins coûteux en fonctionnement... Ils réclament cependant un fort investissement dans des appareils de type infrarouge, rayons X et autres caméras, microscopes et autres appareils d'optiques, dans des expertises spécifiques pour leur emploi et l'analyse des résultats. Les perspectives en matière de R&D sont donc bonnes : le groupe ne manquera ni de travail, ni d'idées...

Il est cependant plus difficile de se prononcer sur les moyens alloués à de telles recherches. Il s'agira de faire le bon choix parmi des technologies plus nombreuses ! Les mécanismes de financements types CIR (crédit d'impôt recherche) sont devenus plus que nécessaires. Il faudra sans doute améliorer la structuration des sources de financement pour être plus vertueux et assurer ainsi la durabilité de la recherche et l'innovation tant nécessaires au progrès.

(1) Terme défini dans l'Encadré 1 ci-dessus.(2) Doussinault G. et al. (1983), Transfer of a dominant gene for resistance to eyespot disease from a wild grass to hexaploidy wheat, Nature 303, 698-700.(3) Haverkort A.J. et al. (2009), Applied biotechnology to combat late blight in potato caused by Phytophthora infestans, Potato Research 52, 249-264.(4) Juliana P et al. (2018), Genome-wide association mapping for resistance to leaf rust, stripe rust and tan spot in wheat reveals potential candidate genes, Theor Appl Genet 131, 1405-1422.(5) Novakazi F. et al. (2020) Genome-wide association studies in a barley (Hordeum vulgare) diversity set reveal a limited number of loci for resistance to spot blotch (Bipolaris sorokiniana), Plant Breed 139, 521-535.(6) Sweeney D.W. et al. (2019), Genomic selection in wheat, https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102163-7.00013-2.