English

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

 
 Recherches
Publications
Formation
Personnel
Contact

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).

Accueil
UMR
Equipe 2. Mécanismes
Equipe 3.
Durabilité
logo ird
logo um2
logo cirad

_________________________________________________________________
haut de page                                Thème 1.  DIVERSITÉ GÉNÉTIQUE

 

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.

Axe 1.1 : Caractérisation & Évaluation de la diversité


La diversité génétique des caféiers est étudiée à différents niveaux d’intégration : le génome, la population et l’espèce. Elle est évaluée pour des caractères dits « neutres » vis-à-vis de la sélection naturelle ou humaine et pour des caractères d’intérêt agronomique. L’étude des gènes neutres apporte des informations sur la distribution de la diversité parmi les ressources génétiques disponibles et permet de définir les groupes de diversité à conserver et à exploiter dans les programmes d’amélioration. Les caractères actuellement ciblés sont la résistance aux nématodes à galles (Meloidogyne spp.), la rouille orangée des feuilles (Hemileia vastatrix) et l’anthracnose des fruits (Colletotrichum kahawae).

Les recherches sont dirigées vers l’évaluation des ressources génétiques, l’étude génétique des résistances et la caractérisation des réactions de résistance. Les caféiers du centre de diversité de C. arabica font l’objet d’une évaluation par marqueurs moléculaires et d’un phénotypage biochimique par spectrométrie dans le proche infrarouge.


Racines de caféier
attaquées par
des nématodes

Anthracnose des fruits

 

 

 

haut de page

    
Dégâts causés par les nématodes

Chez le bananier, l’évaluation de la diversité porte sur la résistance à plusieurs espèces de nématode (Radopholus similis, Pratylenchus coffeae, Meloidogyne spp.). Des sources de résistance sont cherchées parmi les ressources génétiques des diploïdes sauvages ou cultivars et les réactions de résistance sont ensuite caractérisées.


Bibliographie sélectionnée sur l'axe 1.1  
Fichier.DOC   ou   Fichier.PDF

Axe 1.2  : Organisation & Evolution des gènes de résistance

Les gènes de résistance aux maladies et parasites (gènes R) forment une classe de gènes abondante dans le génome des plantes supérieures. Ils constituent des familles multigéniques, co-localisées dans le génome sous la forme de clusters de gènes plus ou moins complexes et co-ségrégeant avec des spécificités de résistance à différents agents pathogènes.

Le mode d’évolution des gènes R semble répondre à une double contrainte : d’une part le besoin de générer de nouvelles spécificités de résistance, en réponse à l’évolution des agents pathogènes, et d’autre part la nécessité de conserver les gènes fonctionnels en l’absence ou lors de faibles pressions parasitaires.

 

gallesGUS
Galles sur racines transformées exprimant le gène rapporteur GUS (couleur bleue)

En combinant des approches de génomique comparative, de comparaison de séquences nucléiques et d’analyse fonctionnelle par transgénèse, l’objectif est de préciser, chez une plante pérenne comme le caféier, l’organisation génomique et les modalités d’évolution des gènes R.

Les recherches portent plus particulièrement sur les gènes de résistance aux nématodes à galles (Meloidogyne spp.) et à la rouille orangée des feuilles (Hemileia vastatrix). Une première étape consiste à réaliser une cartographie génétique et physique des gènes considérés suite aux études génétiques préliminaires de caractérisation (axe 1).

carto Mex-1

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

haut de page
Bibliographie sélectionnée sur l'axe 1.2    Fichier.DOC   ou   Fichier.PDF
Axe 1.3  : Modifications génomiques structurales et fonctionnelles associées à l’allopolyploïdie
La polyploïdie a joué un rôle fondamental dans l’évolution des plantes supérieures. Ainsi, la plupart des espèces cultivées ont une origine polyploïde et notamment allopolyploïde. Toutefois, bien que l’importance de la polyploïdie soit reconnue, les raisons de son succès restent largement méconnues. Un génome polyploïde ne peut pas être considéré comme la simple addition des génomes de ses progéniteurs car la polyploïdisation induit et rend possible des modifications structurales et fonctionnelles, qui sont des sources de nouvelles variabilités et capacités adaptatives. Par ailleurs, ces modifications constituent une difficulté supplémentaire à l’introgression de caractères utiles, présents chez les espèces diploïdes apparentées.


Le génome du caféier C. arabica est constitué par l'association de deux génomes diploïdes, peu différenciés et proches des espèces actuelles C. eugenioides et C. canephora. A cette origine allopolyploïde est attribuée l’adaptation particulière de l’espèce C. arabica aux conditions climatiques des forêts tropicales d’altitude.
chromosomes Ar   chromosomes Ar
Chromosomes de C. arabica observés en fluorescence
puces ADN
Puces à ADN

En combinant des approches de génomique et de cytogénétique comparatives avec l’utilisation de puces oligonucléotides longs à haute densité, l’équipe DIVA vise à évaluer les remaniements chromosomiques et à préciser les modalités de régulation intergénomique de l’expression des gènes qui sont associés à la formation, la stabilisation et l'adaptation de l’espèce C. arabica.
haut de page                                     Bibliographie sélectionnée sur l'axe 1.3    Fichier.DOC   ou   Fichier.PDF

______________________________________________________________________________

Thème 2.  L'INNOVATION VARIÉTALE

 

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.

   haut de page                      germination de semences                                Arabica en plantation                                 Grains de Bourbon pointu

Axe 2.1 : Sélection assistée
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.
marqueurSAM
Marqueur moléculaire
associé au gène SH3
de résistance
catoMex1
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.
degustation
Analyse sensorielle de cafés
haut de page
Bibliographie sélectionnée sur l'axe 2.1    Fichier.DOC   ou   Fichier.PDF
Axe 2.2  : Diffusion du progrès génétique
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.

hybrideF1
Hybride F1 C. arabica

agroforesterie
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.

La multiplication végétative des variétés hybrides fait appel aux méthodes de micropropagation. Plus particulièrement, l’embryogenèse somatique a été choisie pour sa capacité à diffuser massivement et rapidement les meilleures variétés. Un procédé original combinant production en masse d’embryons pré-germés en bioréacteurs à immersion temporaire et semis direct des embryons sur substrat horticole a été mis au point par l’équipe DIVA. Ce procédé est en cours de transfert industriel en Amérique centrale avec un objectif à court terme de production annuelle de plusieurs millions de vitroplantes. Les recherches menées actuellement ont pour but de contrôler les variations somaclonales, de réduire l’hétérogénéité morphologique au sein des lots de production et de diminuer les coûts de production. Dans ce cadre, les études portent sur l’optimisation des conditions de régénération en masse des embryons en milieu liquide, sur l’état physiologique des embryons somatiques en cours de germination et sur l’identification de marqueurs histologiques, biochimiques et moléculaires des variations somaclonales.

                     bioréacteur                      analyses sensorielles                      acclimatation
                                      Multiplication d'embryons                                          Micropropagation de caféier                                Suivi des somaplantes en pépinière   
                                         
en bioréacteurs RITA
®

haut de page
Bibliographie sélectionnée sur l'axe 2.2    Fichier.DOC   ou   Fichier.PDF
UMR RPB-Equipe DIVA         911 Avenue Agropolis       BP 64501       F- 34394 MONTPELLIER Cedex 5
Tel. 33(0)467416296             Fax 33(0)467416283
Site version 1.5   /   Update 25.9.2009   /  Webmaster