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What has a plant breeder to know about production ?
A breeder focuses on variety performance, a good breeder also considers production issues... Let's discover seed production with this lecture.

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Principe de la sélection de la pomme de terre
Principe de la sélection de la pomme de terre
Création de nouvelles variétés à partir de la diversité existante
Prise d'échantillon de maïs en récolte de parce
Prise d'échantillon de maïs en récolte de parce
Ce qui a changé ces 15 dernières années, c'est notamment la dimension des réseaux d'expérimentation.

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Histoire de la sélection


L'homme commence à améliorer les plantes lorsqu'il se sédentarise, il y a 10 000 ans. C'est le début de l'agriculture : il cultive les plantes pour son alimentation et pratique alors une sélection en choisissant, de manière empirique, de ressemer les plus beaux grains des plantes les plus intéressantes.

A la fin du 19e siècle, l'homme réalise les premiers croisements de parents choisis. L'avancée des connaissances et les progrès technologiques ont depuis permis l'évolution des techniques de sélection.

Ceci s'est traduit plus récemment par l'intégration des biotechnologies dans les programmes de sélection. C'est un outil supplémentaire à la disposition du sélectionneur pour repousser certaines limites rencontrées par les voies classiques de l'amélioration des plantes.


La sélection apparaît avec l'agriculture

Histoire de la sélection du maïs
Histoire de la sélection du maïs
La domestication du maïs est très ancienne
Histoire de la sélection du maïs

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. Cultivées aux Etats-Unis, en 1936, elles se sont ensuite développées en France à partir de 1947, suite aux travaux de l'INRA. 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.


Les étapes de la domestication

Les étapes de la domestication
Les étapes de la domestication
Depuis toujours l'homme a sélectionné les plantes
Les étapes de la domestication

La naissance de l'agriculture est liée à la culture des plantes, à l'observation et à la sélection des plantes, à la migration et aux échanges des espèces cultivées.
Les hommes vont choisir parmi ces espèces les plantes qui correspondent le mieux à leur culture, leur récolte et leur conservation. Ainsi, la domestication des céréales a orienté une sélection des céréales à épis solides et à égrenage limité.
Si cette domestication a eu lieu sur des critères limités, rapidement les hommes ont cherché à améliorer les populations de plantes vers des critères concernant leur utilisation, ainsi que les facteurs liés au rendement, à la sécurité alimentaire ...
Enfin, la maîtrise progressive des croisements a permis de diriger la sélection vers un ensemble de critères bien définis, mais également de pouvoir les conserver et les reproduire au fil des générations, ce qui a abouti à la création de variétés de plus en plus homogènes et fixées.



Progrès des connaissances

Repères historiques de la sélection végétale
Repères historiques de la sélection végétale
Chaque découverte permet d'améliorer les techniques de sélection
Repères historiques de la sélection végétale
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.
 
1956. Découverte de l’ADN polymérase ADN dépendante (ADN pol I) par Arthur Kornberg (prix Nobel de physiologie ou médecine en 1959). Cette enzyme intervient dans la synthèse de l’ADN.
 
1960. Découverte du code génétique par Crick, Nirenberg, Matthaei et Ochoa.
 
1965. Découverte des enzymes de restriction par Arber, 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.
 
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.
 
1972 : Première migration d’ADN sur gel d’électrophorèse par Aaij C. Cette méthode permet de séparer des séquences d’ADN entre elles.
 
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.
 
1977. Mise au point de deux techniques de séquençage, l’une mise au point par Walter Gilbert et l’autre par Frederick Sanger. Ils reçoivent le prix Nobel de chimie en 1980. Le séquençage permet de connaître la séquence d’une molécule d’ADN.
 
1978. Premières fusions de protoplastes, par Melchers. Elles permettent de s'affranchir partiellement de la barrière entre espèces.
 
1978. Découverte de la mutagenèse dirigée permettant l’induction d’une ou plusieurs mutations dans un génome, de façon précise et volontaire.
 
1983. Premiers tabacs transgéniques obtenus en même temps par une équipe belge et une équipe américaine.
 
1985. Première plante transgénique résistante à un insecte.
 
1986. Première publication publique sur la polymerase chain reaction (PCR) par Kary Mullis (prix Nobel de chimie en 1993), La PCR est une méthode de biologie moléculaire d'amplification génique in vitro, qui permet de copier en grand nombre, une séquence d'ADN ou d'ARN connue, à partir d'une faible quantité.
 
1986 Premier séquenceur automatique de gène, ces machines permettent de séquencer un grand nombre de gène.
 
1987. Première plante transgénique tolérante à un herbicide total.
 
1988. Première céréale transgénique (maïs résistant à la kanamycine).
 
1990. Première commercialisation d’une plante transgénique (Chine : tabac résistant à un virus).
 
1992. Invention de la PCR en temps réel par Higuchi R. cette technique permet de quantifier la quantité d’ARN présent dans une cellule.
 
1994. Premier légume transgénique commercialisé (tomate Flavr Savr à maturation retardée).
 
1997. Premier tabac producteur d’hémoglobine.
 
2000. Séquençage du génome d’"Arabidopsis thaliana", plus petit génome végétal connu.
 
2005. Mise au point de séquenceurs haut débit.
 
2005. Séquençage du génome du riz (projet international IRGSP).
 
2009. Séquençage du génome du maïs (Université Washington St Louis), de la pomme de terre (consortium international), du colza (Bayer CropScience), du manioc (Global cassava partnership).


Synthèse en image

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