La culture sélective des plantes, ou sélection végétale ou amélioration des plantes, est le processus par lequel l'être humain modifie une espèce végétaleEvolution des techniques de la génétique J.Marchadier 2010. Cette sélection peut avoir différents buts, dont l'adaptation à un usage agricole ou l'élaboration de variétés décoratives pour l'horticulture. Les critères visés sont divers et dépendent de l'utilisation finale de l'espèce ciblée; du point de vue agronomique il s'agit généralement d'améliorer la productivité, de modifier le goût, les qualités nutritionnelles, l'apparence ou encore la résistance aux maladies et aux insectes ravageurs…
La sélection des végétaux est une pratique apparue il y a environ , simultanément à la domestication des espèces végétales, les premiers agriculteurs cueillant les graines des plantes semblant les plus intéressantes pour eux, et semant d'une année sur l'autre les semences issues des plus « belles » plantes.
Historique de la sélection végétale
La première sélection remonte à avec la domestication. L'homme a toujours utilisé, sans même s'en rendre compte, la sélection massale. Par la suite, divers travaux ont fait considérablement avancer les choses : 1676 : découverte du rôle des organes reproducteurs ; 1845 : premier travaux sur l’hybridation du maïs par Henri Lecoq ; 1863 : premières hybridations entre espèces par Charles Naudin ; 1865 : début de la sélection généalogique grâce à Louis l’Evêque (Louis de Vilmorin) en démontrant l’intérêt de la sélection sur la descendance de la betterave ; 1866 : lois de Mendel ; 1902 : découverte de la totipotence des cellules par Gottlieb Haberlandt ; 1908 : base de la sélection des hybrides sur maïs par Shull ; 1912 : première sélection de blé par la méthode Bulk par Nilsson ; 1933 : premières variétés de maïs hybride sont cultivées aux États-Unis ; 1935 : première carte génétique de certains gènes du maïs par Emerson ; 1939 : nouvelle méthode, SSD (single seed descent), appliquée sur le blé par Golden ; 1950 : technique de la culture in vitro (multiplication végétative sur la pomme de terre par Morel et Martin) ; 1953 : Watson et Crick arrivent à décrire la structure de l’ADN ; 1970 : Prix Nobel de la paix pour Norman Borlaug, père de la Révolution verte pour ses travaux sur les variétés semi-naines de blé 1975 : premier hybride de tournesol obtenu par stérilité mâle génétique ; 1977 : découverte du transfert de gène sur bactérie par Joseph Schell ; 1983 : développement de la PCR par Kary Mullis, première plante transgénique obtenue à partir du tabac grâce à des équipes belge et américaine ; 1985 : première variété de blé issue de la technique d’haplodiploïdation ; 2000 : séquençage du génome sur une brassicacée (arabidopsis thaliana) ; 2002 : séquençage du génome du riz.
Domestication
La domestication des plantes est un processus de sélection artificielle menée par l'homme afin d'accentuer certains caractères intéressants et d'en amoindrir d'autres, non-désirés et présents chez les plantes sauvages. Il a été estimé que cette pratique date d'entre à . Beaucoup de plantes cultivées aujourd'hui sont le résultat de la domestication effectuée il y a dans l'Ancien Monde et il y a dans le Nouveau Monde. Aujourd'hui, la plupart de notre alimentation provient de variétés domestiquées.. .
Une variété cultivée de plante qui a évolué par rapport aux populations sauvages à cause des pressions sélectives des cultivateurs traditionnels est appelée cultivar. Les cultivars, qui peuvent être le résultat des conditions naturelles (écotypes) ou de la domestication, sont des plantes qui conviennent particulièrement à une région ou à un environnement donné : par exemple parmi les différents cultivars du riz, la sous-espèce Oryza sativa indica, qui a été développée en Asie méridionale, alors que la sous-espèce Oryza sativa japonica a été développée en Chine. Les espèces cultivées dont il n'existe pas d'homologues sauvages sont appelées cultigènes.
Les notions proches de celle de cultivar sont pour les animaux les sous-espèces, variétés et races.
Sélection thumb|200px|Sélections de plants de blé L'amélioration des plantes se fait généralement par sélection ainsi que par le croisement éventuel de différentes variétés, suivie de sélections. Le patrimoine génétique des espèces sélectionnées se retrouve donc dans la variété créée, qui peut combiner des avantages de ses différents « ancêtres ». Ce processus de sélection est long (il faut plusieurs années pour élaborer une nouvelle variété). Il nécessite aussi de disposer d'une importante « bibliothèque » de variétés ; en particulier les variétés sauvages peuvent apporter des solutions à l'apparition de nouvelles maladies, c'est pourquoi il est primordial de conserver cette biodiversité.
La sélection des plantes peut se faire de façon très structurée, mais a existé ou existe toujours aussi de façon informelle.
Objectifs Un programme de sélection méthodique et raisonné vise en général à améliorer une variété pour des objectifs donnés. Il permet de caractériser la variété idéale, l'idéotype, que les sélectionneurs souhaitent créer. La définition des objectifs est donc un point crucial dans les programmes de sélection. Une fois les objectifs définis, le programme se déroule sur plusieurs années, de 7 à 25 ans, période durant laquelle l'équipe qui réalise ce programme devra poursuivre les mêmes objectifs.
Schéma de sélection Le sélectionneur part des variétés existantes et de sa connaissance de leurs caractéristiques. Il existe deux grands types de végétaux, les plantes autogames, qui sont autofécondes et les plantes allogames, à fécondation croisée. De nombreuses espèces (comme le colza) ont des régimes de reproduction intermédiaires, ou dits mixtes (taux d'allofécondation compris entre 10 et 90 %) et les espèces dites autogames ont en général un taux d'allofécondation non nul (). Ces modes de reproduction conduisent à des schémas de sélection différents qui produiront l'un de ces types variétaux : lignée pure, hybride F1 ou variété population.
La biodiversité, une notion primordiale pour la sélection végétale
La biodiversité est essentielle pour le sélectionneur et la baisse de la diversité au niveau des espèces cultivées est un problème d'actualité. Garder d'anciennes espèces permet par exemple d'utiliser un caractère que l'on avait jugé inintéressant jadis, mais qui devient désirable à la suite des évolutions de l'agriculture. De plus, croiser une lignée pure (appauvrie génétiquement) avec une ancienne variété permet de redonner de la vigueur à la plante (c'est l'effet hétérosis). Pour limiter le phénomène d'appauvrissement lié à la sélection végétale, il faut conserver un maximum de variétés. Deux solutions sont possibles : la conservation in situ (au champ, dans des réserves, afin de conserver les plantes dans le milieu naturel). Mais avec cette méthode les populations de plantes peuvent évoluer rapidement, surtout s'il s'agit d'espèces à fécondation croisée ; la conservation ex situ (banques de gènes avec des collections de graines, des cultures de tissus…). Les variétés conservées doivent être renouvelées régulièrement pour que les plantes restent viables. Cette méthode permet d'obtenir une meilleure stabilité des populations conservées par rapport au type initial.
Protection légale des obtentions
Afin de protéger les droits de l'obtenteur et lui permettre de financer de nouvelles recherches, l'obtention d'une nouvelle variété peut être protégée de la copie sans versement de droits par un certificat d'obtention végétale.
Méthodes Selon les objectifs recherchés, il y a différents types de sélection. Ceux-ci se complètent bien souvent. La sélection massale C'est la plus ancienne. C'est une méthode simple et peu coûteuse : on choisit les plantes qui semblent les plus intéressantes dans une population (meilleurs épis, meilleurs fruits), puis on utilise leurs graines comme semence pour la culture suivante. Ceci est fait de génération en génération ce qui permet d'augmenter la valeur moyenne de la population. La sélection massale ne peut s'appliquer dans toutes les situations (exemple : expérience de Johannsen en 1903). D'autres limites sont plus évidentes : si le caractère souhaité ne s'extériorise pas chez la plante ou que le caractère est peu héritable, cette sélection ne fonctionne pas. Entre deux étapes de sélection, les recombinaisons génétiques se font naturellement, sans aucun contrôle humain. Les plantes sélectionnées présentent par conséquent une certaine hétérogénéité: elles ne sont ni strictement identiques à celles de la génération précédente, ni strictement identiques entre elles. Elles ne constituent donc pas une variétéCorn Breeding: Mass Selection - USDA au sens de la définition de l'UPOV.
La sélection récurrente Avant Louis de Vilmorin, la sélection était essentiellement entre populationsColloque "Amélioration des plantes" - INRA - 2002, l'unité de sélection était la population ; ce sont les meilleures populations qui étaient commercialisées ou échangées entre agriculteurs ; il y avait bien une sélection à l'intérieur des populations (cas du maïs, avec les foires aux plus beaux épis aux USA), mais elle ne pouvait pas être très efficace.
En 1859, Louis de Vilmorin a introduit la sélection au niveau individuel (intrapopulation), avec la notion de test de descendance qui chez les céréales autogames a conduit très vite à une purification des populations par la création de variétés lignées pures (démonstration claire faite plus tard par Johanssen, 1903, chez le haricot). Il fallait donc croiser entre elles les meilleures lignées pour régénérer de la variabilité génétique et réunir dans un même génotype des caractères présents dans des génotypes différents, d'où la sélection généalogique à partir de croisements (introduite en fait par Henry de Vilmorin, fils de Louis). Des lignées complémentaires sont croisées entre elles, et par sélection au cours des générations d’autofécondation, on espère isoler de nouvelles lignées transgressives, c’est-à-dire ayant réuni plus de gènes favorables que le meilleur des deux parents. Le grand nombre de gènes favorables à réunir fait que cela ne peut se faire que progressivement, d’où la continuité observée du progrès génétique pour les caractères complexes (polygéniques).
L'amélioration récurrente d'une population est la répétition (d'où l'adjectif récurrente) de cycles de sélection suivie d'une recombinaison génétique de la descendance des meilleures plantes ou meilleures lignées (donc le terme de « sélection récurrente » est presque impropre puisqu'il oublie la moitié du processus). La « sélection récurrente » n'est pas une sorte de sélection massale ou de sélection généalogique ou autre, car l'étape de sélection peut utiliser la sélection massale ou la sélection généalogique éventuellement précédée par une fixation par descendances successives mono-graines. Souvent la sélection récurrente est présentée comme une autre possibilité que la sélection généalogique, mais cette opposition est erronée comme expliqué précédemment). Le plus simple est de dire qu'une population (qui sera améliorée par des cycles récurrents de sélection-recombinaison génétique) remplace une ou, de fait, plusieurs populations F2 (issues du croisement de deux parents homozygotes). La différence fondamentale qui distingue une population dite « récurrente » (facilité de langage pour indiquer qu'elle sera améliorée par processus récurrent) et une population F2 est que la seconde ne sera pas améliorée et disparaîtra du schéma d'amélioration génétique suivi dès l'extraction de lignées F3. Cette différence est fondamentale car elle conduit à des modes de sélection (pression de sélection et effectif retenu) très différents.