Ressources pédagogiques de la filière semences
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Évolution historique 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 19ème 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

L’exemple du maïs de l’Amérique à la France

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 de la téosinte par l’homme. La téosinte, proche génétiquement du maïs, est cependant différente sur le plan morphologique. Elle présente un tallage abondant et un épi de petite taille qui s’égrène facilement.

Les premiers maïs, datés de -7000 ans avant J.C., ont été découverts lors de fouilles archéologiques au centre du Mexique. Ce sont les civilisations amérindiennes qui ont effectué sa domestication. Un épi de maïs mesurait alors environ de 3 à 4 cm de long et les rendements supposés atteignaient 0,12 t/ha.

À partir de 1493, les caravelles des conquistadors apportent le maïs des Caraïbes en Europe. Du sud de l’Espagne, le maïs se répand ensuite dans les régions suffisamment chaudes et humides de l’Europe. D’autres populations de maïs importées du nord des États-Unis et du Canada permettent son acclimatation au nord de l’Europe.
Ainsi, à partir des populations de maïs issues des différentes régions du continent américain, se crée une très grande diversité de populations de maïs en Europe, spécifiques à chaque région.

Des croisements empiriques entre variétés existent depuis 10 000 ans. Mais avec la redécouverte des lois de Mendel à la fin du 19ème siècle et la mise en évidence du phénomène d’hybridation au début du 20ème siècle, naît la sélection variétale des plantes, telle que nous la connaissons aujourd’hui.

Le maïs est l’espèce dans laquelle les premières variétés hybrides ont été créées sur des bases génétiques. Ces variétés hybrides sont plus vigoureuses et plus productives que les populations précédentes : c’est le résultat de l’hétérosis, appelé également vigueur hybride. Celle-ci permet de doubler ou de tripler les rendements par rapport à ceux des populations utilisées.

En 1948, les premières semences hybrides américaines de maïs sont introduites et cultivées en France. À partir de 1950, les agriculteurs français décident de s’organiser pour produire eux-mêmes leurs semences hybrides et ne pas être dépendants d’importations américaines. Les travaux de l’INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) aboutissent en 1957 à la mise à disposition des agriculteurs de variétés hybrides de maïs beaucoup mieux adaptées à nos conditions climatiques et nettement plus productives que les hybrides américains. En 10 ans, avec le développement des hybrides, les rendements doublent et passent de 20 q/ha à 40q/ha.

Les hybrides de maïs se généralisent dans toutes les régions et pour toutes les productions : maïs doux (essentiellement pour l’alimentation humaine sous forme de pop-corn, de corn flakes, maïs en boîte ou frais…), maïs grain et maïs fourrage (broyage et stockage de la plante entière) pour l’alimentation animale.

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, etc.

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.

LE PROGRÈS DES CONNAISSANCES

  • 1663. Découverte des cellules en microscopie par Robert Hooke.
  • 1676. Découverte du rôle des organes sexuels chez les végétaux par Millington­Grew.
  • 1835. Découverte des protéines par Gerardus Mulder.
  • 1865. Gregor Mendel énonce les lois de l’hérédité. Ses travaux sur le croisement de deux variétés de pois définissent les règles de base de la génétique.
  • 1880. Visualisation des chromosomes par Strasburger ­Boveri, et mise en évidence de leur implication dans la division cellulaire.
  • 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.
  • 1950. Découverte de l’existence des transposons par Barbara MacClintock.
  • 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 séquences nucléotidiques particulières.
  • 1965. Découverte de la régulation de l’expression des gènes par Jacques Monod, André Lwolff et François Jacob.
  • 1977. Découverte du transfert de gènes par des agrobactéries, bactéries du sol pathogènes de nombreuses espèces végétales, par Marc Van Montagu et Jeff Schell : la virulence de ces bactéries est due à un transfert de gènes de la bactérie (plasmide) vers les cellules végétales.

LE PROGRÈS DES TECHNIQUES

L’émergence de nouvelles connaissances a permis progressivement de mettre au point des techniques innovantes :

  • 1911. Notion de liaison génétique par Morgan. Morgan 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 peuvent être transmis à la descendance comme une seule unité. On dit alors qu’ils sont liés.
  • 1930. Mise en évidence de mutations induites par l’action d’agents chimiques et physiques.
  • 1935. Première carte génétique partielle du maïs par Emerson.
  • 1937. Premières cultures de tissus végétaux in vitro (à partir de racines de carottes) par Roger Gautheret.
  • 1950. Premières applications 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 loci 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.
  • 1975. Mise au point d’une méthode d’analyse de l’ADN par Southern, du nom de son inventeur. Le principe de la technique repose sur l’hybridation de l’ADN avec une sonde d’ADN marquée. Sur le même principe, l’auteur a mis au point une méthode d’analyse des ARN (Northern) et une méthode d’analyse utilisant des anticorps pour les protéines (Western).
  • 1960. Premier isolement de protoplastes par Cocking par méthode mécanique puis par méthode enzymatique (Cocking et Takebe).
  • 1978. Premières plantes issues de fusions interspécifiques de protoplastes de tomate et de pomme de terre, « la pomate », présentées au congrès de Szeged par Melchers. Ces fusions interspécifiques permettent de s’affranchir totalement de la barrière entre espèces.
  • 1979. Obtention de médicaments issus de bactéries génétiquement modifiées (insuline, hormones de croissance…).
  • 1983. Premiers tabacs transformés par transgénèse obtenus en même temps par une équipe belge (Patty Zambryski, Marc Van Montagu et Jeff Schell) et une équipe américaine (Ken Barton et Mary Dell-Schilton).
  • 1986. Obtention du premier maïs transgénique.
  • 2000. Premier séquençage complet d’une plante : Arabidopsis Thaliana (Arabette des Dames).
  • 2004 à nos jours. Développement progressif de nouvelles techniques de caractérisation de gènes et de leurs produits (ARN, protéines, métabolites secondaires) dû au développement de nouvelles disciplines : la génomique, la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique.

De nouvelles applications émergent comme la caractérisation des gènes par marquage, les plateformes de phénotypage qui étudient les caractéristiques de collections de mutants, les techniques d’insertion de portions d’ADN ou de gènes, les techniques d’expression temporaire ou d’inactivation de gènes ou encore les outils qui corrigent finement les gènes (retouche génétique ou édition de gènes)…