Sélection variétale pour l'arachide à la North Carolina State University

Sélection variétale pour l'arachide à la North Carolina State University

Jennifer Howard, North Carolina State University, dans AGDAILY*

Arachides récoltées, séchant dans un champ. (Image : NC State)

Les arachides sont les légumineuses à grosses graines les plus répandues dans le monde, cultivées dans plus de 100 pays pour fournir une source d'huile et de protéines adaptable et fiable. En raison de l'importance mondiale de l'arachide, assurer un patrimoine génétique variétal diversifié et évolutif est une priorité absolue pour les sélectionneurs, mais l'arachide moderne cache un défaut intrinsèque.

Un goulet d'étranglement génétique

Les coques géantes et les graines à haute teneur en acide oléique de l'arachide cultivée cachent une faiblesse génétique. Tous les cultivars modernes d'arachide doivent leur origine à une seule souche sauvage développée à la suite de la rencontre spontanée de deux espèces sauvages diploïdes. Ce fait érige une impasse génétique dans un contexte d'évolution des parasites et des changements environnementaux. Les chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord plongent dans le pool génétique de l'arachide pour faire progresser l'amélioration variétale en réintroduisant ses racines sauvages.

« La diversité génétique est au cœur des programmes de sélection. Mais nous savons qu'un événement spontané s'est produit il y a des millénaires, provoquant un important goulet d'étranglement dans la diversité de l'espèce d'arachide tétraploïde sauvage que nous avons cultivée depuis », a déclaré M. Jeff Dunne, professeur adjoint à l'Université de Caroline du Nord. « Cela a créé un manque inhérent de diversité dans les arachides cultivées, et cela limite les progrès de sélection que nous pouvons faire en matière de résistance aux maladies, à la sécheresse ou aux parasites. »

Le professeur adjoint Jeff Dunne se tient parmi ses géniteurs pour la sélection dans une serre de l'Université d'État de Caroline du Nord (image : Université d'État de Caroline du Nord).

L'évolution des agents pathogènes exige une attention particulière

En Caroline du Nord, Bailey II est devenue la variété dominante depuis son lancement en 2017. Prisée pour sa résistance à la tache foliaire précoce [Early Leaf Spot], Bailey II aide les agriculteurs américains à presque éradiquer la maladie et les traitements qu'elle rend nécessaires. Mais alors qu'une maladie recule, une autre fait son apparition.

La tache foliaire tardive [Late Leaf Spot] est maintenant devenue une menace économique courante et se répand rapidement. Elle provoque une défoliation des plantes qui réduit considérablement le rendement et entraîne des pertes annuelles de 53 millions de dollars, selon la Peanut Research Foundation.

La défoliation due aux taches foliaires a un impact considérable sur le rendement des arachides. (Image : Barbara Shew.)

Pour créer des variétés résistantes, les chercheurs trouvent des promesses dans l'arbre généalogique de l'arachide.

83 et moi

Les arachides cultivées s'inscrivent dans un énorme arbre généalogique. Elles font partie de la famille des pois, et leur genre compte 83 espèces sauvages (et d'autres à encore identifier) et deux sous-espèces cultivées.

Le pool génétiquement limité des cultivars modernes d'arachide représente un défi pour la sélection.

Pendant des décennies, les phytogénéticiens ont parcouru le monde pour découvrir, collecter et cataloguer les espèces sauvages et les variétés de pays. Dans le monde entier, il y a plus de 90.000 lignées d'arachide dans les collections de germeplasme, bien qu'il y ait beaucoup de duplications.

L'État de Caroline du Nord maintient une telle banque de gènes d'arachide avec 780 lignées de germeplasme cultivées et 217 lignées sauvages pour la sélection. Le Département Américain de l'Agriculture, l'Université de Géorgie et l'Université A&M du Texas possèdent les plus grandes collections américaines, mais les groupes partagent librement leurs ressources.

Le laboratoire de Jeff Dunne maintient une banque de semences diversifiée de variétés d'arachides sauvages et cultivées. (Image : NC State)

Naviguer sur une carte de 3,0 Go

La famille des arachides est divisée en deux camps avec des structures génétiques qui les rendent incompatibles pour la sélection. Parmi les espèces sauvages, certaines sont diploïdes (portant deux jeux de chromosomes) et d'autres sont tétraploïdes (quatre jeux). Bien qu'elles soient étroitement apparentées, elles ne peuvent pas être croisées directement.

Pour la valeur d'exportation européenne et d'autres raisons, l'industrie américaine de l'arachide évite la modification génétique des variétés d'arachide de production. Cela limite les chercheurs aux techniques de sélection traditionnelles, qui ne peuvent naturellement pas recourir à une grande variabilité. Si l'on ajoute à cela les structures génétiques incompatibles entre les espèces sauvages et l'esp_ce cultivée, le travail de sélection revient un peu comme essayer de réparer une Chevrolet récente avec de vieilles pièces Ford.

Les sélectionneurs ont résolu une partie du problème en développant des tactiques créatives pour fusionner les espèces sauvages incompatibles. Mais une fois les espèces croisées, il est essentiel de disposer d'une carte de l'ADN pour identifier les chromosomes et les sites d'intérêt dans les 2,5 milliards de paires de bases du génome de l'arachide.

Le séquençage du génome de l'arachide a été achevé en 2019 dans le cadre d'un effort international entre des chercheurs américains, le National Peanut Board et la Peanut Research Foundation. La phase un du projet a permis de créer un génome de référence de 3,0 Gb et de séquencer plusieurs variétés, ce qui aide les sélectionneurs à faire des choix de sites génétiques plus rapides et plus éclairés.

La phase 2 met maintenant ces connaissances en pratique. Les sélectionneurs comme M. Dunne utilisent les technologies des marqueurs moléculaires et la sélection génomique pour cibler plusieurs piliers de l'amélioration : la résistance aux maladies, aux aflatoxines et à la sécheresse, ainsi que l'amélioration de la saveur.

M. Ryan Andres extrait de l'ADN dans le laboratoire des arachides pour aider à identifier et accélérer les sélections. (Image : NC State)

Une promesse du côté sauvage

La recherche sur les arachides a un long passé à NC State. Dans les années 1960, W.C. Gregory et plus tard H. Tom Stalker ont utilisé des espèces sauvages pour développer et conserver du matériel génétique précieux qui a été utilisé dans le monde entier pour améliorer les cultivars d'arachide.

Les graines d'arachides d'espèces sauvages collectées sont très différentes des variétés cultivées.

Ayant évolué pour s'adapter localement et résister à la pression des parasites, le côté sauvage de l'arbre généalogique est très prometteur pour les sélectionneurs comme M. Dunne. Le défi consiste à identifier les gènes utiles, puis à les introduire de manière fiable dans les variétés cultivées.

Récemment, les chercheurs de l'Université de Géorgie ont découvert qu'un croisement brésilien (IAC 322), qui doit son génome aux travaux de Gregory et Stalker, porte un bloc de gènes supplémentaire sur le chromosome 13 de la chance qui lui confère une résistance à la tache foliaire tardive. Le programme de M. Dunne a également identifié une lignée (SPT 10-12) qui possède le gène supplémentaire et une autre qui pourrait améliorer encore la résistance à la tache foliaire tardive.

La variété SPT 10-12 (à droite) présente une forte résistance à la tache foliaire tardive par rapport à la variété NC-V11 (à gauche). (Image : NC State)

Les variétés Bailey et Bailey II de NC State, qui connaissent un grand succès, ont acquis leur résistance à la tache foliaire précoce grâce à des blocs génétiques sur les chromosomes 2 et 8. Mais les deux Bailey sont dépourvues du bloc sur le 13, qui est présent dans les lignées nouvellement identifiées.

Ces découvertes suscitent un regain de vigueur dans de nombreux programmes de sélection d'arachides, récemment à l'Université de Géorgie et aussi à NC State.

Une image aérienne de parcelles d'essai de variétés d'arachide montre des zones vertes brillantes de résistance à la tache foliaire tardive (aucun fongicide n'a été appliqué). (Image : NC State)

Si vous le sélectionnez, le planteront-ils ?

« En tant que sélectionneurs, nous avons pour mission de créer du rendement », a déclaré M. Dunne. « L'intégration d'espèces sauvages dans les stocks cultivés pourrait améliorer considérablement la diversité génétique et ajouter des traits de résistance. Mais cela peut créer un frein au rendement. »

Malgré les avantages des nouveaux caractères, la crainte d'une baisse de rendement dissuade certains producteurs de semer de nouvelles variétés. M. Dunne pense que l'adoption des variétés se résume à l'établissement d'une confiance entre les producteurs et le programme de sélection.

« Les variétés ont atteint des rendements records, ce qui a en fait réduit la superficie plantée, car les rendements sont si bons », a-t-il déclaré. « L'objectif de notre programme est de maintenir le rendement et d'améliorer les marges avec les nouvelles variétés », a-t-il ajouté.

Résistance = gestion durable

Les conseils de vulgarisation soulignent que la rotation des cultures et la résistance des hôtes constituent la base de la lutte contre les maladies. Associés à de bonnes pratiques agronomiques, les producteurs peuvent minimiser leurs pertes et l'utilisation de produits chimiques de protection des cultures.

« Le Dr David Jordan fait un excellent travail avec les programmes de vulgarisation sur les arachides, en mettant l'accent sur la rotation des cultures et l'optimisation des programmes de fongicides », a déclaré M. Dunne. « Mais avec les changements à venir dans les étiquettes des produits chimiques et le peu de nouveaux fongicides en préparation, l'utilisation de variétés pour une gestion préventive, plutôt que curative, des maladies peut être de plus en plus attrayante. »

NC State Extension présente des mises à jour sur la gestion et les variétés lors de plusieurs journées champêtres annuelles sur l'arachide. (Image : NC State)

Une filière arachide bien remplie

Le pipeline de sélection de M. Dunne est bien rempli. « Mon prédécesseur, le Dr Tom Isleib, nous a laissé une énorme quantité de matériel de haute qualité », a-t-il déclaré. « Son travail a mis en place notre programme pour non seulement améliorer les rendements des producteurs mais aussi pour augmenter leurs marges. Nous sommes devenus un programme de sélection plus durable. »

M. Dunne a sélectionné deux variétés de type Virginie à haute valeur ajoutée pour les lancer prochainement.

NC20 a une maturité plus tardive que Bailey II, ce qui permet aux producteurs d'échelonner les récoltes et d'utiliser au mieux les équipements de récolte et de stockage limités. La résistance élevée de la variété aux maladies permet aux producteurs de la laisser plus longtemps dans le champ malgré une pression saisonnière élevée des maladies.

Une autre introduction qui sera bientôt disponible est la NC21, une variété à grosses gousses et à grosses graines avec une résistance égale aux maladies remplaçant le cultivar Wynne, qui provient des semences de NC Foundation.

La NC20 devrait être disponible commercialement d'ici 2024 et la NC21 d'ici 2025.

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* Cet article a été soumis par la North Carolina State University. Les recherches de Crop and Soil Sciences ont un impact sur les agriculteurs, les étudiants et les citoyens de Caroline du Nord grâce à des innovations dans les domaines de l'alimentation humaine et animale, du carburant et des fibres. Suivez l'impact de leurs découvertes sur l'agriculture et les sciences de l'environnement en rejoignant le flux d'informations hebdomadaire.

Source : Peanut cultivar breeding at NC State University | AGDAILY