Atelier 2

Quel est le rôle de l’amélioration génétique des espèces maraîchères et fruitières des espèces maraîchères et fruitières

dans la limitation des intrants:les axes de recherchedéveloppés à l’INRA

A. Palloix, INRA et F. Dosba, SupAgro

LES ESPECES MARAICHERESLES ESPECES MARAICHERES

Quelques caractéristiques des cultures maraîchères

Quelques caractéristiques des cultures maraîchères

En France : 1% SAU, 44000 exploitants, 20% main d’œuvre agricole

> 50 espèces cultivées, plein champ, abris froid en sol, abris hors-sol

Quelques caractéristiques des cultures maraîchères

Exploitations très hétérogènes (taille, technicité, mise en marché)���� tendance à la spécialisation

Cultures intensives, à très haute valeur ajoutée

����forts coûts de production (MO/Semences/énergie)����aversion pour la prise de risque ����élaboration de produits de très grandes qualités ���� intrants chimiques « bienvenus »

Quelques caractéristiques création variétale :

Europe : > 30 obtenteurs privés, en compétition

300 nouvelles var/an, >2000 disponibles au catalogue FR/UE

Durée de vie cultivar 2 à 5 ans (mais gènes recyclés)

Quelques caractéristiques création variétale :

Durée de vie cultivar 2 à 5 ans (mais gènes recyclés)

Marché des semences internationalisé ����variétés à déploiement très large����protection COV……brevet

Amélioration génétique et limitation des intrants en horticulture lato sensu :

Fruits et Légumes

� Main d’œuvre : homogénéisation, mécanisation ?� Main d’œuvre : homogénéisation, mécanisation ?

� Eau (dont rejets) et énergie....

� Phytosanitaire : impact environnement-santé > économique

Diversité espèces/diversité bioagresseurs/diversité méthodes de lutte

Extrème diversité espèces/bioagresseurs

Selon les« pathosystèmes »la lutte génétiquesera• efficace seule

exploitée existante potentielleMéthodes de lutte :

?

• efficace seule• complémentaire avec d’autres systèmes de lutte• durable ou non• non disponible

3

4

5

6

7

Nombre de résistances aux bioagresseurs dans les cultivars de tomate (catalogue français, 30 à 50 var /an déposées)

Tm-2

MiMaintien ou augmentation

R. contextuelles

Sw

CfFORL

I-2

Addition des R.aux maladies émergentes

Sélection dynamique pour la résistance aux bioagresseurs

0

1

2

1993 1998 2000 2003 2006

I-1

VeMaintien des résistances

indispensables

MiSm

R. contextuelles

Sélection « cumulative » : addition de résistances(maladies anciennes non éradiquées + émergentes)

Evolution réglementation phytosanitaire

Evolution de la réglementation phytosanitaire depuis 20 ans

•1990-2010 : division par 2 des molécules homologuées

•2005: interdiction bromure de méthyle•2005: interdiction bromure de méthyle�Peu de molécules alternatives efficaces�Lutte génétique parasites telluriques (nématodes)

•2009: Homologation par productions, problème des usages mineurs� recherches pour espèces « secondaires »?

2014 Application des principes de la production intégrée

Cette évolution est du même ordre pour les espèces fruitières

Recherches en cours sur la lutte génétique en cultures maraîchères :

Diversifier sources de résistance� caractérisation et exploitation élargie des ressources génétiques (réseaux)

Recherches en cours sur la lutte génétique en cultures maraîchères :

Contrats de partenariats INRA/Obtenteurs privés(+ parfois Interprofession)

� caractérisation et exploitation élargie des ressources génétiques (réseaux)

Major resistances

0%

20%

40%

60%

80%

100%

TMV PVY CMV TSWVOïdiumPhyto% r

esis

tant

acce

ssio

ns C. annuumC. baccatumC. chinenseC. frutescens

M a jo r + Q u a n ti ta tiv e re s is ta n c e s

0%

20%

40%

60%

80%

100%

T M V P V Y C M V T S W V O ïd iu m P h y to%

resi

stan

t acc

essi

ons

Major resistances

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T M V P V Y C M V T S W V O ïd iu m P h y to%

resi

stan

t acc

essi

ons

Résistances majeures, quantitatives, variabilité autre que résistance

Préserver la durabilité des résistances� prise en compte/prévision de l’impact des variétés sur les populations de bioagresseurs

Variété résistanteVariété résistanteVariété résistanteVariété résistanteVariété résistante

Recherches en cours sur la lutte génétique en cultures maraîchères :

bioagresseurinitial

bioagresseurvirulent

Variété résistante

mutation

reproduction

dispersion

bioagresseurinitial

bioagresseurvirulent

Variété résistante

mutation

reproduction

dispersion

bioagresseurinitial

bioagresseurvirulent

Variété résistantebioagresseur

initialbioagresseur

virulent

Variété résistanteVariété résistante

mutation

reproduction

dispersion

Gènes majeurs, fonds génétiques (QTLs), déploiement,systèmes de culture associés

Organisation territoriale des productions

LES ESPECES FRUITIERES

La production fruitière française• Les volumes situent la France parmi les 10 premiers

mondiaux et les 3 premiers européens (hors olive et agrumes). Italie: 5 millions de tonnes, Espagne: 3,6 millions de t, France : 3,5 millions de t., soit 22% du volume européen

• 15 espèces cultivées dont pomme, pêche, prune, poire,

Données Générales – Production Fruitière Française

du volume européen• 15 espèces cultivées dont pomme, pêche, prune, poire,

abricot, cerise, fruits secs

• Environ 200 000 ha ( dont 150 000 ha pour les 8 espèces principales); concentrés dans les 3 grands bassins de production : Val de Loire, SO, SE.

• Diminution du nombre d’exploitations fruitières (de l’ordre 40000) et augmentation de la superficiemoyenne (4,6 ha).

Les évolutions récentes

Certains petits fruits comme la framboise ou la fraise progressent grâce à l’organisation de la profession

Amélioration de la qualité sanitaire des plants

Augmentation de la technicité (production fruitière raisonnée en cours de généralisation, impact des cahiers de charges imposés à la production)

L’innovation variétale reste le moteur principal de l’évolution des productions

• Nouvelles variétés de pêches (gamme très étendue),de pommes, de poires, d’abricots, de cerises, de noix…: qualités pomologiques prioritaires dans les programmes d’améliorationd’amélioration

•Limitation des intrants, principalement par l’introduction de résistances génétiques

•Approche combinée; variétés/ systèmes de culture; modélisation

L’INRA joue un rôle essentiel dans ces évolutions.

Quelques caractéristiques création variétale :

Europe : peu obtenteurs privés ( mais nombreux aux USA) et une organisation importante pour la production des plants;

France :en moyenne 150 nouvelles var/an déposées à l’inscription au Catalogue officiel (DHS mais pas de VAT)

-1300 variétés disponibles au Catalogue français

Durée de vie des variétés: de 5 ans (pêcher) à 25 ans ou plus pour les Durée de vie des variétés: de 5 ans (pêcher) à 25 ans ou plus pour les très grandes variétés et les espèces fruitières peu sélectionnées

Rôle important des pépiniéristes dans la diffusion de l’innovation variétale

Marché des plants fruitiers internationalisé����variétés à diffusion très large����protection COV ( 25 ans)

Résistance aux bio agresseurs

•thématique peu ou non prise en comptepar les sélectionneurs privés

•contrainte forte avec les normes européennes devenant plus strictes sur les intrantsdevenant plus strictes sur les intrants

•exigence des consommateurs pour des fruitsindemnes de résidus de pesticides …

la lutte génétique comme alternative à l’emploi de produits phytosanitaires

PrunusObjectifs des programmes de création variétale à l’ INRA

Thématiques Pêcher Abricotier Prunier

Cerisier PG Prunus

Résistance Bio-

agresseurs

Virus

Champignons

Bactéries

Ravageurs

Sharka

Oïdium, cloque

Puceron vert

Sharka

Monilia

Chancre bactérien

Sharka

Nématodes

Qualité des fruits Poids/fermeté/sucres/acides/couleurQualité des fruits Poids/fermeté/sucres/acides/couleur

Maturation Eclatement

Adaptation &

Régularité

Régularité Non alternance

Stades phénologiques

Gamme vigueur Asphyxie

Compatibilité

Diversification Calendrier de floraison et de maturité

P/N plates

N. sanguines

Ab rouges

Ab blancs

Div. produits

Bigarreaux et autres cerises

Adaptation au évolutions climatiques

• Points d’ancrage : maîtrise des RG, thématiques convergentes et déclinaisons différentes selon les espèces

� à court terme :- exploitation conjointe de résistancesmonogéniques fortes (oïdium + Myzus persicae)

Pêcher - résistance aux bio agresseurs

� à long terme :- polygéniques: variétés anciennes et GF 305 (cloque)

- utilisation de résistances multiples, faisant appel à l’ hybridation interspécifique: Prunus davidiana

espèce

sauvage

proche du

Prunus davidiana (clone P 1908) : résistant à l’oïdium, au puceron vert, à la cloque et à la sharka … mais de faible niveau agronomique donc sélection très longue

proche du

Pêcher

Localisation des Régions du génome (QTL) liés à la résistance à la sharka chez l’abricotier

sources de résistance SEO et Goldrich

Localisation des Régions du génome (QTL) liés à la résistance à la sharka chez l’abricotier

sources de résistance SEO et Goldrich

GL1G PacD510UDP-96018

UDAp41513

PaCITA520 EPDCU5100CPPCT027

UDP96-005 36 PaCITA17PaCITA18PacA18

42 E31M11-72

GL3P PSY-AE45M51-417PacC25FG13 AG7

BPPCT039

CC2A

E43M51-119

AG1A

AG37

GL3S PSY-A

AG56E43M52-285PacC25

FG13

BPPCT039E32M12-247E40M55-97E33M55-110E43M51-162

CC12A

E32M12-170PC67A

AG106

E45M52-379AG45

0 AG109

E32M12-107AG51

E32M48-162

PacA18CC6A

PC35AFG9A

Tsa-2 FG36 BPPCT016

GL1S

pchcms4Pacita5

PacA18 UDAp426AMPA94

CPPCT034 63 CPPCT026PaCITA7EPDCU3489

66

pchgms2884 AMPA109BPPCTT011UDP98-022a

Carte F1 abricotier’Goldrich’ x ‘Moniqui’

E31M11-72AG37

E31M11-323

BPPCT016

E32M12-71

PacB26BPPCT028

E31M11-65CC110

GL5PE31M11-364

UDP97-401AC9E45M52-310BPPCT017

Pchgms4

BPPCT038

AG61A E31M11-75

PC14 BPPCT017Pchgms4

BPCCT038AG46AG61A

AG25AE32M12-70

GL5S

E31M11-75

AG61A

E33M55-64

E32M12-357UDP97-401

Carte F1 abricotier’Polonais’ x ‘Stark Early Orange’

QTL mineur

QTL = 8-15%

QTL majeur

Présence systématique du QTL sur GL1

Intérêt d’une identification de marqueurs liés

• Intégration des acquis de la biologie moléculaire:SAM– sharka sur abricotier et pêcher et prunier:– oïdium & puceron vert sur Pêcher– nématodes sur PG Prunus (gènes Ma et Rmia) – tavelure et autres parasites des espèces fruitières à pépins

Perspectives et enjeux scientifiques

fruitières à pépins

• Inscription des programmes d’innovation variétale dans des logiques de faibles intrants et de développement durable– résistance sècheresse chez les porte-greffes – Construction de prototypes multicaractères et haute performances environnementales

– Gestion des problèmes sanitaires

– Impact des changements climatiques et environnementaux, sur les stratégies d’innovation

Contraintes ou difficultés

environnementaux, sur les stratégies d’innovation

– Impact socio-économique des innovations et stratégies associées ( ex OGM)

– ValorisationOrganiser les transferts des acquis de la recherchevers les utilisateurs (sans désorganiser les acquis formalisés au plan contractuel)

Diapos sup. éventuellement pour l’atelier

Principales régions de production fruitières Françaises

Environ 2 M tonnes1er producteur européen 120 à 180 000 tonnes

En Europe :Italie/Espagne/France

220 à 250 000 tonnes

400 000 tonnes3èmeproducteur européen

Italie/Espagne/France

(Source FNPF 2008)

test de sélection précoce vis-à-vis de l’oïdium résistant

en serre sur des semis de 3 mois,mais pas toujours possible, d’où SAM

sensible

Main technique of gene transfer : Agrobacterium-mediated transformation

Three necessary conditions for a fruit species : eg. pear

Susceptibility to a selectionpressure : kanamycinHigh regeneration

ability

Susceptibility toAgrobacterium

Agrobacteriuminoculation

Co-culture3 days

Early GUS test3 weeks

An example of gene transfer protocol : apple

inoculation 3 weeks

Bud regeneration3-6 months

Greenhouse acclimatization6 months

Tavelure du pommier : Venturia inaequalis

- grandes variétés mondiales : toutes sensibles, - 15 traitements/an en moyenne- résistances majeures (Vf, Vm, Va, Vg…)- résistances partielles- virulences du pathogène : races 1 à 7

Objectifs du projet

L’addition d’un transgène antifongique peut-elle significativement réduire la sensibilité du pommier à la tavelure ?

- variété sensible : Galaxy- testée avec les races 1 et 6- variété sensible : Galaxy- testée avec les races 1 et 6

La combinaison du gène Vf et d’un transgène antifongique peut-elle augmenter l’efficacité de la résistance ?

- nouvelle variété Vf : Ariane- testée avec la race 6

Choix des gènes antifongiques

Chitinases :-isolées de Trichoderma atroviridae, agent de contrôlebiologique naturel

- action synergique entre endo- et exo-chitinases- déjà testées sur pommiers transgéniques (1)

(1) Bolar et al. 2000 Phytopathology 90:72-77, Bolar et al. 2001 Transgenic Res. 10:533-543

Puroindolines :- isolées de l’albumen de blé,Triticum aestivum- similaires aux protéines de transfert de lipides (LTPs)- une application chez le riz transgénique (2)

(2) Krishnamurthy et al 2001 MPMI 14:1255-1260

Résultats avec la construction « chitinases »

pBIN-endo+nag

2x35S

RB LB

2x35SnosP nosT nosT nosTAMV AMVech 42 nag 70npt II

Galaxy 21 clones transgéniques 2n

Ariane 17 clones transgéniques 2n

10

15

Hau

teur

(cm

)

Galaxy

Ariane

Effet négatif de l’endochitinase sur la croissance

= -

contrôles

0

5

0 100 200 300 400

Activité endochitinase (U/mg protéine)

Hau

teur

(cm

)

variantssomaclonaux?

r = -0,66

Test en serre de sensibilité à la tavelure

******

*

2

3

4race 1 (souche 104)

race 6 (souche EU-D-42)

**

***

**

Indice de sensibilité = incidence x sévérité

clones d’ArianeA

riane

31-4

2

28-1

31-2

9

31-5

4

36-3

***

clones de Galaxy

0

1

2

Gal

axy

32-1

1

33-6

34-2

27-4

32-1

5

32-1

3

32-1

7

34-3

32-1

9

***

Conclusion et perspectives