Guide amélioration génétique-Étape 3

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Le contenu qui suit est issu de :

Oeuvre originale : Rowen, W. et Connolly, B. (2011). Breeding Organic Vegetables : A Step-by-Step Guide for Growers. Elyzabeth Dyck, NOFA-NY.

Traduction : Lanctôt, J. (2022). Guide pour les fermes biologiques sur l’amélioration génétique des plantes maraîchères. L’initiative de la famille Bauta sur la sécurité des semences au Canada, un programme de Sème L’avenir.

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L’amélioration des cultures est à la fois un art et une science. Il est bon de connaître les bases de la génétique lorsque vous commencez un projet de sélection ou d’amélioration, mais il est tout aussi important d’avoir un bon sens de l’observation, un esprit créatif et une idée claire de ce que vous voulez.

Comme le dit Brett Grohsgal : « Les agricultrices et agriculteurs n’ont pas besoin de beaucoup de temps ou d’une équipe de spécialistes en sélection pour avoir un avantage concurrentiel. » Il est en effet possible d’obtenir des avantages mesurables en peu de temps.

La clé du succès : Être réaliste

Parmi les objectifs réalistes, on trouve la résistance aux maladies, plusieurs aspects de l’adaptation régionale, un meilleur rendement et une sélection pour des caractéristiques esthétiques, comme la couleur, la forme, la taille et le goût. Comme l’explique Brett Grohsgal : « Lorsque nous améliorons nos cultures, nous nous concentrons habituellement sur les caractéristiques déjà présentes dans certains des plants de ces cultures. Il n’est donc pas réaliste de viser des objectifs inatteignables, comme une tolérance complète au gel dans la tomate ou le melon d’eau, puisque cela ne fait pas partie de l’héritage génétique de ces cultures. » Tenez compte du potentiel qu’offrent les plants et servez-vous de leurs forces.

Pas besoin d’avoir recours à des procédures élaborées pour obtenir une nouvelle variété ou une variété améliorée. Il est possible d’atteindre plusieurs des objectifs d’amélioration des cultures en sélectionnant et en épurant rigoureusement (rogueing). On appelle ceci « se débarrasser des plants indésirables », ou la sélection négative. Néanmoins, comme nous l’avons déjà mentionné, suivre certains principes génétiques de base aide à fixer un objectif réaliste et à comprendre le processus pour l’atteindre. Reportez-vous à l’encadré 1 pour un aperçu de quelques principes génétiques de base.

Encadré 1. Un bref exposé sur les gènes, les allèles et la ségrégation

Les gènes sont des parties de l’ADN qui  codent les caractéristiques d’un plant.  Certaines caractéristiques, comme le  rendement et le goût, sont contrôlées par  plusieurs gènes indépendants les uns des  autres. D’autres caractéristiques sont  contrôlées par seulement un gène.

Les allèles sont des versions alternatives  d’un gène et codent différentes versions d’une même caractéristique. Par exemple, une version d’un gène code un plant de grande taille (appelons le T). Une autre version du même gène code un plant de petite taille (t). Lorsqu’un plant a deux fois un même allèle, p. ex. deux fois l’allèle T ou deux fois l’allèle t, on dit qu’il est homozygote. Lorsqu’il a deux allèles différents, p. ex. l’allèle T et l’allèle t, on dit qu’il est hétérozygote.

Dans certains cas, un allèle peut être dominant par rapport à un autre. Par exemple, si l’allèle T est dominant par rapport à l’allèle t, les plants hétérozygotes qui ont les deux versions du gène seront de grande taille, puisque l’allèle t sera masqué. On dit que l’allèle masqué est récessif. Dans l’exemple donné, trois combinaisons d’allèles sont possibles : un plan homozygote de grande taille (TT), un plant homozygote de petite taille (tt) ou un plant hétérozygote de grande taille (Tt). Il est à noter que si ces trois génotypes étaient plantés dans les mêmes conditions, les plants TT et Tt auraient la même apparence, c’est-à-dire qu’ils seraient de grande taille. Seul le plant tt aurait une autre apparence. (Voir la figure 1)

Figure 1. Masquage de l’expression d’un gène récessif.

Les allèles ne sont pas toujours soit dominants, soit récessifs. Parfois, l’individu hétérozygote affiche une caractéristique entre les deux. Par exemple, certaines espèces végétales affichent une dominance partielle quant aux gènes qui déterminent la couleur des fleurs. Dans ce cas, si on croisait un plant homozygote à fleurs rouges avec un plant homozygote à fleurs blanches, la progéniture issue du croisement aurait des fleurs roses. Lorsque les allèles sont codominants, la progéniture hétérozygote présente les deux caractéristiques. En reprenant l’exemple de la couleur des fleurs, si on croisait un plant homozygote à fleurs rouges avec un plant homozygote à fleurs blanches, la progéniture issue du croisement aurait des fleurs tachetées rouges et blanches.

Il peut exister plus que deux allèles ou deux versions d’un même gène. Par exemple, il peut y avoir des allèles de rouge, de vert, de blanc et de jaune pour le gène qui détermine la couleur des fruits. Toutefois, un plant ne peut être porteur que de deux de ces allèles.

La ségrégation est le remaniement génétique qui se produit durant la reproduction sexuelle (la production de semences dans ce cas-ci). Les deux allèles du parent pour chaque gène sont séparés. Ainsi, chaque grain de pollen ou chaque ovaire n’a qu’un allèle pour chaque gène. Plusieurs combinaisons d’allèles peuvent se produire lorsque le pollen et l’ovaire des deux parents s’unissent. En utilisant l’échiquier de Punnett (que vous avez peut-être utilisé dans vos cours de biologie) et en examinant quelques exemples, vous comprendrez comment ce remaniement génétique se produit.

La figure 2 montre ce qui résulte de l’autofécondation d’un plant homozygote : une progéniture homozygote, ou une copie des parents. La figure 3 illustre le résultat de l’autopollinisation d’un plant hétérozygote lorsqu’une seule caractéristique est prise en considération. Vous remarquerez que cela crée trois types de plants : TT, Tt et tt. Les mêmes principes et procédés s’appliquent si vous travaillez avec deux caractéristiques ou plus qui ont des allèles dominants et récessifs (figure 4).

Parents   allèles	T	T
T	TT   grand	TT   grand
T	TT   grand	TT   grand

Figure 2. Autopollinisation dans un plant homozygote.

Parents   allèles	T	t
T	TT grand	Tt   grand
t	tT grand	tt petit

Figure 3. Autopollinisation dans un plant hétérozygote.

	TR	Tr	tR	tr
TR	TTRR   grand et rouge	TTRr   grand et rouge	TtRR grand et rouge	TtRr   grand et rouge
Tr	TTRr   grand et rouge	TTrr   grand et jaune	TtRr grand et rouge	Ttrr grand et jaune
tR	TtRR   grand et rouge	TtRr   grand et rouge	ttRR   petit et rouge	ttRr   petit et rouge
tr	TtRr grand et rouge	Ttrr   grand et jaune	ttRr   petit et rouge	ttrr   petit et jaune

Figure 4. Autopollinisation dans un plant hétérozygote affichant deux caractéristiques.

Vous remarquerez aussi que l’échiquier de Punnett montre la probabilité pour chaque type de descendance. En moyenne, 25 % des descendants seront TT (homozygotes dominants), 50 % seront Tt (hétérozygotes) et 25 % seront tt (homozygotes récessifs).

Gardez en tête que ces pourcentages sont des probabilités et non des résultats garantis. Vous n’avez qu’à lancer une pièce de monnaie pour comprendre la différence. En moyenne, elle tombera 50 % du temps du côté face et 50 % du temps du côté pile. Mais en réalité, vous pourriez lancer la pièce trois ou quatre fois de suite et toujours obtenir le côté pile. Cependant, plus vous lancerez la pièce de monnaie, plus vous vous rapprocherez de la moyenne 50/50.

Ces probabilités ont des conséquences pratiques : vous devez planter suffisamment de semences pour augmenter vos chances d’observer toutes les variations possibles dans la progéniture. Une bonne règle à suivre est de planter au moins 10 semences, mais plus vous travaillez avec un grand nombre de caractéristiques, plus vous devriez planter un nombre élevé de semences.

Sélectionner pour l'agriculture biologique

Coffman et Smith expliquent qu’au moment de sélectionner à des fins de résilience et de durabilité, le but doit être d’adapter un cultivar à un environnement et non de se fier aux intrants comme l’irrigation, la fertilisation et les pesticides pour modifier l’environnement afin qu’il convienne aux plants. Nous voulons des plants qui vont travailler fort. Les objectifs de sélection visent généralement à renforcer la tolérance des plants à certains stress, par exemple les maladies, les insectes nuisibles, les mauvaises herbes, la sécheresse, la chaleur, le froid ou des sols variables. Tous ces facteurs représentent souvent des défis. Une plus grande tolérance implique généralement un nombre complexe de gènes et de caractéristiques. Vous allez avoir besoin de plusieurs années pour atteindre votre objectif, mais vous pourrez voir des améliorations mesurables après seulement une ou deux saisons.

Sélectionner pour une résistance durable aux maladies et aux insectes nuisibles

La première étape lorsque vous faites une sélection pour la résistance ou la tolérance aux maladies consiste à apprendre à connaître les maladies qui nuisent à vos cultures. La deuxième étape est de comprendre comment les plants résistent à ces maladies. Vous n’avez pas besoin de vous contenter de plants malades ou de vous fier à des intrants pour vous débarrasser des pathogènes. Tous les plants sauvages, ainsi que la plupart des plants cultivés possèdent un certain niveau de résistance aux stress causés par les maladies. Il existe deux types de résistance aux maladies : monogénique/verticale et polygénique/horizontale.

La résistance monogénique ou verticale

On utilise parfois le terme monogénique lorsqu’il est question de résistance verticale, car la résistance découle d’un ou de quelques gènes. Elle est « spécifique aux races », ce qui veut dire que le plant résiste très bien à une ou plusieurs races de pathogène, mais pas du tout à d'autres. C’est tout ou rien. Les plants ne présenteront aucun signe d’infection ou, dans le cas inverse, ils seront fortement infectés. Quelques variétés qui ont été sélectionnées en vue d’une résistance monogénique sont utilisées commercialement depuis des années et leur résistance n’a pas disparu. Toutefois, le pathogène finit habituellement par faire concurrence à ce genre de résistance, car il se sert de la mutation pour produire de nouvelles races auxquelles les plants seront sensibles. C’est pour cette raison, et parce que cela requiert d’assembler et d’analyser de grandes collections de germoplasme, que la sélection pour une résistance verticale ne fait généralement pas partie des objectifs de sélection.

La résistance polygénique ou horizontale

Lorsqu’il s’agit de résistance horizontale, un plant possède plusieurs gènes qui entrent en interaction pour le défendre contre une maladie. Le niveau de résistance horizontale des individus de n’importe quelle variété varie grandement. Les individus les plus résistants n’afficheront aucun ou peu de signes de maladie, tandis que les plants plus sensibles pourront être moyennement ou gravement touchés. On qualifie parfois la résistance horizontale de résistance durable, puisque contrairement à la résistance verticale, il est difficile pour un pathogène d’en venir à bout. C’est pourquoi ce type de résistance en régie biologique est préférable.

Vous pouvez atteindre une résistance horizontale en cinq à huit générations si vous cultivez un grand nombre de plants. Raoul Robinson recommande de croiser plusieurs variétés et de sélectionner à partir de 10 000 individus! C’est un nombre plus petit que vous ne pourriez le penser lorsqu’il est question de céréales, de verdures asiatiques ou de légumineuses comme les pois ou les lentilles. Le Dr Robinson commence par démarrer des semis dans des plateaux (plusieurs douzaines de plateaux standard 10 × 20 peuvent contenir 10 000 semis dans la plupart des cultures). Il inocule ensuite les semis avec des spores fongiques. Seuls les individus qui affichent le meilleur niveau de résistance seront transplantés au champ. Cela permet de gagner beaucoup d’espace. Les individus résistants pourront alors se croiser et le cycle d’inoculation se poursuivra jusqu’à ce qu’un niveau de résistance acceptable soit atteint. Il est à noter que la résistance horizontale peut permettre d’effectuer une sélection pour plusieurs maladies à la fois.

Les pépinières de maladies

Les pépinières de maladies représentent une autre approche pour développer une résistance aux maladies. Elles permettent de mettre à l’épreuve d’excellents plants et peuvent faire peur à n’importe quel agriculteur ou agricultrice d’expérience. Dans ces lots, vous brisez toutes les règles que vous avez apprises pour éviter les maladies. Par exemple, vous ne pratiquez aucune rotation de cultures pour que les populations d’insectes, de champignons, de bactéries et de virus augmentent. Vous devez bien sûr veiller à ce que ces lots soient isolés de votre production commerciale de la même culture, ou de celle de votre voisin. L’idée est de mettre les plants à l’essai dans les pires conditions possibles et de les soumettre à de nombreuses pressions sélectives. Les plants robustes qui survivront après quelques générations de sélection offriront assurément un bon rendement dans des systèmes biologiques bien gérés.

Il est vrai que beaucoup de plants ne survivront pas, mais ceux qui s'accrochent malgré tous les défis constitueront votre base génétique. Brett Grohsgal nous rappelle de « chérir les survivants ». Dans chaque génération, les plants qui survivront seront plus forts face à la maladie, jusqu’à ce que vous atteigniez une résistance durable.

Sélectionner pour une adaptation régionale

Dans la région du Nord-Est, on cherche généralement des variétés qui produisent hâtivement des feuilles et des fruits. En croisant des variétés à maturité précoce, ou en effectuant simplement des sélections à partir d’une telle variété, vous pourrez adapter toutes vos cultures à la région. Les plants s’adaptent constamment aux conditions locales grâce à la sélection naturelle. Vous pouvez leur prêter main-forte dans ce domaine et en effectuant une sélection rigoureuse. Vous pourriez être le premier dans votre région à avoir des tomates ou des melons mûrs!

L’adaptation régionale pour une maturité précoce est possible en augmentant la tolérance de la variété à des sols froids ou d’autres contraintes environnementales, ou encore, en diminuant le temps nécessaire pour que les plants produisent une récolte. Dans le premier cas, il vous faudra des pressions adéquates. Vous pourriez par exemple planter deux semaines avant la date recommandée et sélectionner pour des semences capables de germer dans des conditions plus froides et humides.

Sélectionner pour la rentabilité et la productivité

Sélectionner pour le rendement et la productivité peut s’avérer un objectif complexe. Toutefois, n’importe quelle variété adaptée aux conditions locales de votre ferme sera plus productive et rentable. Il vous faudra peut-être plusieurs générations avant de voir une différence significative, mais une saison de sélection rigoureuse peut suffire pour que vos cultures soient plus productives.

Vous réussirez aussi peut-être à sélectionner une variété unique sur le marché, ce qui vous procurera un avantage concurrentiel. Vous pourriez par exemple être la seule personne à vendre des produits en début et en fin de saison si vous sélectionnez de la verdurette résistante au froid. Des plants adaptés à votre région pourront également réduire votre charge de travail, puisqu’ils auront besoin de moins de soins. Ils réduiront aussi vos coûts, car vous n’aurez pas besoin de pesticides, de tunnels chenilles ou d’engrais supplémentaires.

Sélectionner pour la couleur, la forme, la taille et le goût

Vous pouvez essayer de produire des hybrides ou des croisements qui donneront des résultats intéressants sur le plan de la qualité du fruit, comme sa forme et sa couleur. N’avez-vous pas toujours rêvé d’être celui ou celle au marché qui a le mélange de laitue le plus attrayant ou les tomates avec la couleur la plus originale? Les variétés patrimoniales affichent souvent une belle diversité, ce qui vous donnera une bonne palette à partir de laquelle travailler. Vous pouvez faire des sélections pour certaines habitudes de croissance, une forme de feuille, une forme de fruit ou une couleur. Vous trouverez au tableau 1 des exemples du potentiel de variation dans les traits héréditaires de plusieurs cultures. Il s’agit d’un schéma simple d’amélioration des cultures qui peut vous permettre d’obtenir des résultats en seulement quelques saisons.

C’est ainsi qu’est née la grande diversité des variétés patrimoniales disponibles aujourd’hui. Comme le souligne Fowler et Mooney : « Le processus de domestication végétale de 12 000 ans a produit une explosion de couleurs et a donné lieu à une prolifération d’usages pour les plants. » Tout au long de l’histoire de l’agriculture, les semences de ces plants savoureux, vigoureux et inhabituels ont été sélectionnées et partagées.

Figure 5. Récolte de 10 variétés d’ail avec Virginie Grenier-Deschênes. Source : Sharif Mirshak (Parafilms).

Frank Morton, de Wild Garden Seeds, s’est servi de la sélection pour obtenir des couleurs et des combinaisons audacieuses de laitue et de salade. En plus de profiter de croisements au hasard, il a sélectionné à partir de populations variables de variétés patrimoniales qui affichaient des pigmentations plus belles et prononcées. Il a passé plusieurs saisons à sélectionner la laitue Forellenschluss pour obtenir des taches rouges plus vives et aussi améliorer d’autres caractéristiques, comme la résistance aux maladies et à la brûlure de la pointe. Il offre aujourd’hui des dizaines de variétés, dont une appelée Flashy Trout Back.

La clé est d’imaginer une nouvelle variété. On appelle la variété idéale un idéotype. Songez à un trait que vous avez observé dans des cultures et imaginez de nouvelles combinaisons que vous pourriez créer à partir de variétés compatibles sur le plan génétique. Vous pourriez par exemple sélectionner une variété de bok choy à feuilles dentelées en croisant du mizuna, qui a une feuille découpée, avec du bok choy. (Il s’agit d’un croisement facile à faire, puisque les deux légumes appartiennent à la même espèce : Brassica rapa.) Des interactions génétiques, comme la liaison de gènes (des gènes près les uns des autres sur un chromosome et par conséquent  inséparables), rendent certaines combinaisons impossibles. Cependant, vous pouvez toujours tenter le coup, car un heureux hasard pourrait se produire.

Tableau 1. Certains traits héréditaires et comment ils se manifestent dans les légumes les plus communs au champ

Légume	Trait dominant (D) ou récessif (R)
Brocoli
Pousses latérales	D
Grimpant	D
Carotte
Racine blanche	D
Racine colorée	R
Haricot
Grimpant	D
Nain	R
Sans fil	R
Semences colorées	D
Semences blanches	R
Gousses et fleurs mauves	D
Laitue1
Feuille rouge	D
Feuille verte	R
Feuille de chêne	R
Romaine	D
Résistance à la montée en graines	R
Semences blanches	R
Semences noires	D
Maïs (sucré et de grande culture)
Saveur douce (semences ridées)	R
Grains colorés	D
Grains blancs	R
Grains cornés (D par rapport aux grains sucrés)	D
Grains sucrés (faible en fécule)	R
Oignon
Bulbe blanc	D
Bulbe rouge	R
Bulbe jaune	R
Pois
Grimpant	D
Nain	R
Semences rondes	D
Semences ridées	R
Gousses sans fil	R
Gousses pois mange-tout (plates)	R
Gousses pois snap (pleines)	D
Poivron
Saveur piquante	D
Saveur douce	R
Tomate
Indéterminée	D
Déterminée	R
Feuille normale	D
Feuille de pomme de terre	R
Épaules vertes	D
Fruits rouge-orange	D
Fruits roses	R
Fruits mauves	R
Fruits blancs	R
Fruits jaunes	R

Notes

1. Deux gènes avec un certain nombre de variations contrôlent la couleur des feuilles de laitue. Des hybrides dont un parent est vert et l’autre rouge auront des descendants rouges.
   Source : McDorman, B. (1994). Basic Seed Saving: Easy step by step instructions for 18 popular vegetables and 29 wildflowers!. International Seed Saving Institute.

Sommaire du guide

Chapitre 0. Guide sur l’amélioration génétique des plantes maraîchères

Introduction : L’amélioration des cultures, étape par étape

Étape 1 : Déterminer l’ampleur du projet

Étape 2 : Choisir une culture

Étape 3 : Fixer un objectif

Étape 4 : Élaborer un plan ou un schéma de sélection

Étape 5 : Choisir le lot de semences avec lequel démarrer

Étape 6 : Planter la culture choisie sous une pression sélective adéquate

Étape 7 : Sélectionner et épurer

Étapes 8 : Réaliser l’évaluation finale, faire la récolte et nettoyer les semences des plants sélectionnés

Étape 9 : Répéter les étapes six à huit tous les ans, jusqu’à l’atteinte de l’objectif de sélection

Annexe 1 : Guide de préservation des semences

Annexe 2 : Sélection participative

Mots clés

Aucun mot clé.

Étape 2 : Choisir une culture

Étape 4 : Élaborer un plan ou un schéma de sélection