Patrimoine génétique : Le CRB recèle les trésors des céréales à paille

Le Centre de Ressources Biologiques (CRB) de l’INRAE de Clermont-Ferrand⁽¹⁾ a pour mission de collecter, conserver, maintenir, caractériser et structurer la diversité génétique des céréales à paille. Son but : valoriser et diffuser tant le matériel génétique que les données afférentes, afin de répondre aux besoins des différents acteurs de l’agriculture, que ce soit les équipes de recherches, les sélectionneurs privés ou encore les agriculteurs.

Situé à l’INRAE de Clermont-Ferrand, au sein de l’unité mixte de recherche « Génétique, Diversité et Ecophysiologie des Céréales », ce CRB regroupe les espèces majeures d'intérêt agronomique des genres Triticum (blé), Hordeum (orge), Secale (seigle), X Triticosecale (triticale) et Avena (avoine), ainsi que leurs ancêtres sauvages. Les accessions conservées sont des ressources génétiques « patrimoniales » et scientifiques (variétés populations, lignées de sélection, lignées élites fixées), ce qui représente environ 14 000 blés tendres et apparentées, 2800 blés durs et apparentées, 6600 orges, 1 400 triticales, 1 600 avoines, 450 aegilops et 80 seigles. Ces accessions ont été progressivement acquises durant le dernier siècle par les chercheurs des différentes unités travaillant sur les céréales à l’INRAE, puis regroupées à la fin des années 1990 sur le site de Clermont-Ferrand. Ainsi, la collection de blé tendre regroupe aujourd’hui la quasi-totalité de la diversité des blés cultivés en France depuis le XIX^e siècle et jusqu’aux variétés les plus modernes. Plus récemment, le CRB a enrichi ses collections par des échanges avec des centres de ressources génétiques de pays tels que la République Tchèque, la Hongrie, la Fédération de Russie ou encore la République Populaire de Chine.

Les ressources phytogénétiques à l’INRAEAu XX^e siècle, les ressources génétiques de 70 espèces d’intérêt agronomique étaient conservées dans une centaine de localisations de l’INRAE, réparties sur l’ensemble du territoire. Depuis les années 2000, un regroupement des collections par espèce s’est opéré avec la création d’une douzaine de Centres de Ressources Biologiques (CRB) en France métropolitaine, plus celui de Guadeloupe pour les espèces tropicales. Ces CRB font partie du pilier « plante » de l’infrastructure de recherche « RARe » (Ressources Agronomiques pour la Recherche) qui regroupe plus largement l’ensemble des CRB agronomiques en France (animal, environnement, micro-organisme, forêt et plante).

Chaque accession a son passeport

Afin de répondre aux besoins de ces différents interlocuteurs, toutes les accessions présentes dans la collection sont caractérisées par des données « passeport » qui regroupent la taxonomie, l’origine géographique, la généalogie, le type de matériel (variété inscrite, variété ancienne, population de pays, espèce sauvage, matériel scientifique, lignée de sélection), l’obtenteur et la date d’inscription pour les variétés, ainsi que la date d’introduction dans la collection. Par ailleurs, dans le cadre de divers projets de recherches, une partie des accessions a également été décrites pour des caractères d’intérêt agronomique (précocité, hauteur, sensibilité aux stress biotiques et abiotiques, poids de 1000 grains…), des caractères morphologiques (formes de l’épis, couleur...) et des caractères technologiques (valeur boulangère, valeur brassicole…). Enfin, un nombre croissant d’accessions est désormais décrit à l’aide de marqueurs moléculaires de plus en plus nombreux permettant d’établir une sorte de carte d’identité génétique pour chaque accession.

L’ensemble de ces données a notamment permis, dans le cadre du réseau national des ressources génétiques céréales à paille, de définir des collections nationales qui regroupent des accessions d’origine française ou qui ont largement été utilisées dans la sélection française. Ainsi, 1766 blés tendres, 570 orges, 602 avoines et 36 triticales forment aujourd’hui des collections nationales. Ces dernières ont été déposées comme contribution de la France au Traité International sur les ressources phytogénétiques pour l’alimentation et l’agriculture (TIRPAA) dont le rôle est de faciliter l’accès des matériels génétiques aux agriculteurs, sélectionneurs, enseignants et chercheurs, tout en s’assurant que les bénéficiaires partagent les avantages qu’ils tirent de l’utilisation de ces accessions avec les pays d’où elles proviennent. Les accessions constituant ces collections sont distribuables librement sous réserve de la signature d’un accord de transfert de matériel (ATM). Cent grains sont envoyés aux demandeurs afin qu’ils puissent les étudier que ce soit dans des projets de recherche/enseignement ou dans le cadre d’une mise en culture directe.

4600 accessions du CRB caractérisées dans BreedWheat

Les accessions de blés présentes au CRB ont été utilisées dans plusieurs programmes de recherche, notamment BreedWheat⁽²⁾ qui s’est terminé en 2020. Ce grand projet, financé dans le cadre du premier PIA (Projet national d’Investissement d’Avenir), a réuni 27 partenaires de la recherche publique et privée travaillant sur le blé durant 9 ans. Plus de 4600 accessions du CRB ont été caractérisées pour leur composition génétique et leurs caractéristiques agronomiques. Cette étude de diversité génétique a permis de reconstituer l’histoire du blé, de son apparition dans le croissant fertile à sa domestication puis ses migrations concomitantes à celles de l’homme. Deux grands pools génétiques ont été mis en évidence : un européen et un asiatique⁽³⁾. Cette étude a aussi permis d’observer une sous-représentation de la diversité génétique d’origine asiatique dans les accessions modernes d’origine européenne. Cette source de diversité inexplorée recèle très probablement de gènes d’intérêt, source de résistance à des stress biotiques et abiotiques.

Le CRB a aussi été partenaire du projet européen Whealbi qui a réuni 18 participants autour de la caractérisation génétique et agronomique de 500 blés et de 500 orges pour améliorer la production dans des systèmes de culture compétitifs et durables.

Au niveau national, le CRB concourt à des programmes financés par le ministère en charge de l’agriculture (projets CASDAR) et à des projets sur Fonds de Soutien à l’Obtention Végétale (FSOV) dont le financement provient de la Contribution à la Recherche et à l’Innovation variétale. Il anime enfin un réseau d’évaluations des ressources génétiques avec l’ensemble des sélectionneurs français de céréales qui participent à l’effort de caractérisation des ressources génétiques en évaluant chaque année près de 70 blés et 100 orges.

Pour accéder au matériel conservé au CRB, une partie des collections est visible sous forme de catalogue sur le site Florilège⁽⁴⁾ et peut être commandée en ligne sur le site Siregal(5). Le CRB répond chaque année à près de 150 commandes correspondant globalement à environ 6000 - 8000 accessions distribuées tant à des chercheurs/sélectionneurs pour des programmes de recherche et de valorisation en sélection, qu’à des agriculteurs ou des particuliers, pour une mise en culture directe.

L’importance de la collaboration internationale

Le CRB Céréales participe aussi à l’European Cooperative Program for Plant Genetic Ressources (ECPGR) qui anime des groupes de travail par espèce dans le but d’assurer la conservation à long terme des ressources génétiques et de faciliter leur accès ainsi que leur utilisation à l’échelle européenne. Différentes actions de description des ressources, consistant à développer une collection européenne (projet AEGIS), ont été menées ces dernières années sur le blé tendre et sur le seigle. Ceci se traduit notamment par l’incrémentation d’une base de données appelée Eurisco qui recense plus de 2 millions d’accessions provenant des inventaires nationaux des 43 pays participant à l’ECPGR⁽⁶⁾.

Enfin, au niveau international, le CRB a été impliqué, au niveau de la fourniture de matériel, des données et d’expertise, dans différentes initiatives ou consortia autour du blé tendre, tels que la Wheat Initiative ou l’IWGSC (International Wheat Genomic Sequencing Consortium).

(1) https://www6.clermont.inrae.fr/umr1095/Organisation/Plateformes/Centre-de-Ressources-Biologiques
(2) https://breedwheat.fr
(3) Balfourier et al., Worldwide phylogeography and history of wheat genetic diversity, Sci. Adv.; 5 (2019)
(4) http://florilege.arcad-project.org/fr/collections/collection-cereales-a-paille
(5) https://urgi.versailles.inra.fr/siregal/siregal/grc.do
(6) https://www.ecpgr.cgiar.org

Clément Debiton - clement.debiton@inrae.fr

ZOOM : 10 % des accessions régénérées chaque année

Environ 2500 accessions du CRB céréales à paille sont régénérées chaque année, soit un peu moins de 10 % de sa collection.

Lors de la régénération, les ressources sont décrites pour leurs caractéristiques agro-morphologiques telles que l’épiaison, la taille, l’aristation (barbe), la compacité de l’épi, la résistance aux maladies.

La liste des accessions à remultiplier est dressée selon plusieurs critères :
• les accessions qui font partie de programmes de recherches en cours ;
• les accessions n’ayant pas été régénérées depuis plus de 15 ans ;
• les accessions dont les stocks au sein du CRB sont faibles ;
• les accessions nouvellement acquises, entrant dans la collection ;
• les accessions présentant un taux de germination qui s’est dégradé, ce qui nécessite de fait un renouvellement anticipé.

Une partie des accessions est semée sur un hectare en plein champ en 3 lignes d’1m50. Une autre partie est semée en tunnel. Il s’agit d’accessions souvent issues d’espèces apparentées sauvages, ou avec très peu de grains, ou bien encore celles dont les caractéristiques morphologiques font qu’elles sont plus fragiles (très sensibles aux maladies, à la verse, à l’égrainage, possédant un faible taux de germination...).

Sur les 3 lignes, 10 épis sont ensachés de manière à prévenir toute fécondation par du pollen extérieur. Ces épis sont récoltés puis battus séparément et constituent le lot d’autofécondation qui servira aux analyses de génotypage. Outre ces 10 épis ensachés pour constituer le lot d’autofécondation, 2 épis dit de « référence » sont récoltés et conservés sans être battus afin de servir de contrôle après chaque multiplication en observant leurs caractéristiques morphologiques a posteriori. 80 à 120 épis issus de fécondation libre sont aussi récoltés manuellement, puis placés dans une chambre de dessication pendant 48h afin d’atteindre environ 12 % d’humidité. Ils sont ensuite battus sur des batteuses à poste fixe. Ces grains constitueront le lot de distribution.

Une gestion normalisée de la collection

Les semences des accessions sont triées manuellement, séchées et finalement conditionnées en plusieurs lots. Pour chaque accession, le CRB possède finalement :
• 1 lot de semences issues d’autofécondation, destinées aux analyses moléculaires (extraction d’ADN) ;
• 1 lot de distribution qui permettra de fournir les personnes commandant la ressource au CRB ;
• 1 lot de maintien afin de de ressemer au champ pour une future campagne de régénération ;
• 2 épis de références ;
• 1 lot de sécurité de quelques grammes, dans un sachet scellé en aluminium, qui servira de secours au cas où l’accession venait à être perdue.

Les lots d’autofécondation, de maintien et de distribution sont conservés dans une chambre froide de 100m³ régulée en température et humidité (4°C, Hr = 30 %). Les lots de sécurité sont conservés dans des congélateurs à -20°C situés dans un autre local du site pour éviter le risque de perte en cas d’incendie.

Le CRB gère au total 120 000 lots de semences. Tout un système de contrôle de leur taux de germination est en place afin de contrôler leur faculté germinative et, ainsi, multiplier les accessions dont le taux de germination chute. Ce travail de gestion globale de collection a été normalisé par la mise en place d’une démarche qualité. Ainsi, le CRB est actuellement labellisé par le conseil scientifique du GIS IBiSA (Infrastructure en Biologie Santé et Agronomie) et est certifié, depuis 2015, selon la norme Afnor NF S 96-900.