Unité Mixte de Recherche "Résistance des Plantes aux Bioagresseurs"
Equipe DIVA

DIVersité & Amélioration

La biodiversité végétale représente une valeur environnementale, économique et culturelle considérable dans la perspective d’un développement durable, particulièrement dans la zone intertropicale. Menacée par les activités humaines et les changements climatiques actuels, sa préservation constitue un enjeu planétaire.

Dans ce contexte, les interactions plantes-parasites paraissent extrêmement sensibles aux modifications climatiques et jouent un rôle essentiel dans l’adaptation des espèces. En agriculture, un moyen efficace de lutter contre les bioagresseurs des cultures est l’utilisation de variétés qui possèdent des résistances naturelles. L’exploitation de la diversité génétique présente dans les plantes sauvages est souvent la seule solution pour améliorer les variétés cultivées et y introduire des caractères agronomiques utiles. Dans le cadre de la lutte intégrée contre les parasites, l’utilisation de la résistance génétique des plantes permet de réduire l’utilisation des pesticides et donc leurs effets sur l’environnement et la santé.

L’équipe DIVA développe des recherches sur deux thèmes complémentaires :

                    -   la diversité génétique,
                          -   les méthodes et outils pour l’innovation variétale,

avec pour objet d’étude deux plantes cultivées dans la zone intertropicale :

                        -   le caféier,
                          -   le bananier,

et participe à la diffusion du progrès génétique (Brochure.DOC ou Brochure.PDF).

Chez le caféier, la diversité est étudiée pour mieux conserver les ressources génétiques et les utiliser dans une perspective d’innovation variétale. Trois axes de recherche sont développés :

1.    La caractérisation et l’évaluation de la diversité,
2.    L’organisation et l’évolution des gènes de résistance,
3.    Les modifications génomiques structurales et fonctionnelles associées à l'allopolyploïdie.

Plus d’une centaine d’espèces de caféier ont été décrites par les botanistes, ce qui constitue un immense réservoir de caractères/gènes pour l’amélioration variétale. Les parasites et maladies sont la principale limitation au développement durable et représentent une menace pour l’avenir de la caféiculture. La principale espèce cultivée, C. arabica, dont le génome est d’origine allopolyploïde, constitue un modèle privilégié pour étudier l’expression de gènes de résistance aux bioagresseurs, comprendre leurs modes d’évolution et révéler les modifications génomiques structurales qui ont été associées à la polyploïdisation de l’espèce.

Chez le bananier, les activités s’inscrivent dans l’axe 1 de recherche, avec l’objectif d’identifier des sources de résistance aux nématodes et de caractériser les réactions de résistance.

Racines de caféier
attaquées par des nématodes
Anthracnose des fruits

Cartographie de la région chromosomique porteuse du gène Mex-1 de résistance

Les méthodes traditionnelles d’amélioration du caféier, par sélection généalogique, se sont avérées coûteuses et d’une efficacité limitée. En effet, la sélection de lignées résistantes à la rouille orangée a duré une trentaine d’années et a porté sur quelques caractères, la qualité à la tasse se situant parmi les derniers critères d’évaluation. Aujourd’hui, il est possible d’assister la sélection avec des marqueurs (moléculaires et biochimiques) et de diffuser rapidement le progrès génétique à travers des variétés hybrides, multipliées en masse par la biotechnologie.

Les méthodes et outils qui sont élaborés par l’équipe DIVA ont deux objectifs :

              1.   Assister la sélection,
              2.   Diffuser le progrès génétique.

Ces méthodes et outils permettent de valoriser rapidement les résultats acquis par l'étude de la diversité génétique disponible dans les banques de gènes.

Introduire de nouveaux caractères sans altérer la qualité des produits agricoles est un défi pour la plupart des programmes d’amélioration dans le monde. Baser la sélection sur la présence de marqueurs moléculaires liés aux caractères/gènes d’intérêt est un moyen efficace pour contrôler le transfert des fragments chromosomiques, surtout lorsque le matériel génétique provient d’une autre espèce (introgression). Cette méthode a montré son efficacité pour pyramider plusieurs gènes de résistance dans un même génotype. Par contraste avec les caractères agro-morphologiques, les marqueurs moléculaires ne sont pas influencés par les fluctuations de l’environnement et sont indépendants de l’organe analysé et du stade de développement de la plante. De plus, pour une plante pérenne comme le caféier, la sélection assistée par marqueurs présente l’avantage de permettre une sélection précoce, en pépinière, et sur plusieurs caractères à la fois.

Marqueur moléculaire associé au gène SH3 de résistance

Cartographie de la région chromosomique porteuse du gène Mex-1 de résistance

Le pyramidage de gènes de résistance dans des lignées ou dans des géniteurs d’hybrides F1 peut être entrepris dès à présent pour trois gènes de résistance. Des marqueurs ont, en effet, été identifiés au sein de l’équipe DIVA pour les gènes Mex-1, SH3 et Ck-1 de résistance, respectivement, au nématode à galles Meloidogyne exigua, à l’agent de la rouille orangée des feuilles Hemileia vastatrix et à celui de l’anthracnose des baies Colletotrichum kahawae.

L’impact de l’introgression sur la qualité à la tasse a été évalué dans des lignées dérivées d’un hybride interspécifique (C. arabica x C. canephora), connu sous le nom d’Hybride de Timor. Ces lignées (F3-F5) présentent des niveaux variables d’introgression, pouvant représenter jusqu’à 30% du génome. Les analyses sensorielles ont également révélé d’importantes différences entre les lignées mais sans corrélation avec leur niveau d’introgression. Les études actuelles visent à comprendre les causes de ces effets au niveau biochimique. Des marqueurs sont recherchés pour différencier le café produit par les variétés standards et celui des lignées introgressées de qualité inférieure. Un outil de phénotypage à haut débit, basé sur la spectroscopie proche infrarouge (SPIR), est en cours de mise au point afin de pouvoir analyser rapidement de grands effectifs.

Analyse sensorielle de cafés

Bibliographie sélectionnée sur l'axe 2.1    Fichier.DOC   ou   Fichier.PDF

Le caféier C. arabica étant auto-compatible, la sélection traditionnelle généalogique a abouti à la diffusion de variétés homozygotes. C’est le cas des lignées actuellement diffusées, issues d’un hybride interspécifique (C. arabica x C. canephora), connu sous le nom d’Hybride de Timor. Ces lignées dont la sélection pour la résistance à la rouille des feuilles a duré une trentaine d’années présentent des avantages certains en termes d’homogénéité et de diffusion par graines. En revanche, le progrès génétique, mesuré sur plusieurs décennies, apparaît faible. Dans les années 90, l’équipe DIVA a montré que la voie hybride F1, basée sur l’exploitation de la vigueur hybride (hétérosis), constituait une alternative rapide et moins coûteuse que la sélection généalogique. Les variétés hybrides qui ont été sélectionnées au Costa Rica ont une production supérieure de 10 à 30% à celle des variétés standard.

Hybride F1 C. arabica

Agroforesterie

Les variétés hybrides sont actuellement évaluées au Nicaragua dans la perspective de développer une caféiculture rentable et durable. Dans les zones montagneuses d’Amérique latine et d’Afrique de l’Est, l’agroforesterie est considérée comme l’un des meilleurs systèmes de culture pour préserver la biodiversité, éviter l’érosion des sols et contribuer à la séquestration du carbone. Cependant le passage d’un système de culture en plein soleil, très productif mais peu durable, à l’agroforesterie, entraîne des baisses importantes de rentabilité (15-30%), ce qui constitue un frein important à court terme. Les études portent sur les conditions d’adoption d’une agroforesterie rentable à court et long termes, dans laquelle la baisse de rentabilité serait compensée par une augmentation de la production, liée à l’adoption des variétés hybrides.

Bibliographie sélectionnée sur l'axe 2.2    Fichier.DOC   ou   Fichier.PDF