L'Oise Agricole 23 juin 2018 à 14h00 | Par Alix Penichou

Programme Aker : les génotypes sont dans le champ

Comment la betterave sucrière peut-elle reprendre le dessus face à sa concurrente, la canne à sucre ? Ceci est tout l’enjeu du programme Aker, dont un point d’étape était organisé le 14 juin, à Curchy.

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2018 est une étape clé : le programme de phénotypage au champ, sur 63 000 parcelles d’essais, consiste à évaluer les 3 000 génotypes sur la base de certains critères de sélection.
2018 est une étape clé : le programme de phénotypage au champ, sur 63 000 parcelles d’essais, consiste à évaluer les 3 000 génotypes sur la base de certains critères de sélection. - © Aker

Depuis 2012, le programme Aker déploie toute son énergie dans l’amélioration de la compétitivité de la betterave. Et de ce qui résulte du point d’étape qui avait lieu à la parcelle d’expérimentation de Curchy, dans la Somme, le 14 juin, les résultats devraient être à la hauteur des espérances d’ici 2020, date butoir du programme. Le défi est pourtant de taille. Car avec 480 000 ha de betteraves sucrières plantés, 44 millions de tonnes de production, 18,8 t de sucre par hectare et 26 000 planteurs qui vivent en partie des 3,8 millions d’euros de chiffre d’affaires de cette filière, la France est bien le premier producteur mondial de sucre de betterave. Mais la concurrence est rude.

La première rivale, dont la longue tige de 3 à 5 mètres de hauteur, terminée par une panicule argentée dotée de fleurs, est nommée canne à sucre. Riches de cette graminée, le Brésil, l’Inde, la Chine et le Mexique prennent une part importante dans le marché du sucre. Les rendements de la betterave à sucre sont supérieurs à ceux de sa compétitrice, mais ses coûts de production sont plus élevés. Pourtant les onze organismes publics et privés* associés dans Aker en sont persuadés, «une croissance supérieure des rendements devrait permettre de baisser considérablement ces coûts et d’assurer à la betterave une plus grande compétitivité par rapport à la canne au niveau international. D’autant que la canne consomme quatre fois plus d’eau par quantité de sucre produit et par unité de temps».

Objectif rendement x 2

L’objectif des expériences : «doubler le rythme de croissance annuelle du rendement en sucre par hectare de la betterave, affirme Bruno Desprez, président du semencier du même nom et du comité de coordination Aker. La betterave va pouvoir reprendre de l’avance et se retrouver dans le peloton de tête des plantes cultivées aux côtés du maïs.» Rien que ça. Aker part d’un constat. «D’une part, les rendements en sucre de la betterave ont déjà été multipliés par plus de vingt, passant à l’origine de la culture en 1811 d’une production de 750 kg/ha de sucre brut à 14 800 kg/ha de sucre blanc, moyenne française actuelle.

D’autre part, l’amélioration des rendements durant les dix dernières années est déjà deux fois plus élevée que durant la décennie précédente», détaille Bruno Desprez. Ce doublement du rythme de croissance annuelle du rendement en sucre/hectare est la conséquence d’un certain nombre de critères. Les quatre-vingt chercheurs du programme ont pour mission de décliner et de chiffrer d’ici 2020 la contribution de chacun d’eux dans ce résultat : la variabilité qui permettra de détecter de nouveaux gènes intéressants, la vitesse de sélection améliorée grâce à la sélection génomique, l’optimisation du phénotypage. En ce qui concerne la variabilité, les scientifiques ont réalisé un exploit (ou presque). 10 000 ressources génétiques sont disponibles au niveau mondial dans les banques de gènes. Parmi celles-ci, ils ont détecté les 3 000 ressources génétiques qui permettent de sélectionner quinze plantes de référence qui met en évidence la totalité de la diversité génétique de la betterave.

L’année de vérité

Cette année est une étape clé : le programme de phénotypage au champ, sur 63 000 parcelles d’essais, consiste à évaluer les 3 000 génotypes sur la base de certains critères de sélection, comme le rendement en sucre/hectare, la dynamique de croissance, la montée à graine, les maladies foliaires et la conservation, sujet d’ampleur depuis la suppression des quotas et de l’allongement des durées de campagne betteravière.

*Inra direction scientifique «agriculture », Inra interactions plantes micro- organismes de Toulouse, Inra génomique et bio-informatique de Versailles, Inra physiologie moléculaire des semences d’Angers, Université d’Angers, Irstea Montpellier, Geves Angers, Agrocampus Ouest Rennes, Université de Lille, Institut technique de la betterave et le semencier Florimond Desprez.

Aker, en chiffres : 18,5 M€ de budget (dont 5,5 M€ d’aides
de l’État), 80 chercheurs, 11 partenaires, 63 000 parcelles
de phénotypage, 40 millions de données moléculaires, 3 000 génotypes sélectionnés, 15 plantes de référence.
Aker, en chiffres : 18,5 M€ de budget (dont 5,5 M€ d’aides de l’État), 80 chercheurs, 11 partenaires, 63 000 parcelles de phénotypage, 40 millions de données moléculaires, 3 000 génotypes sélectionnés, 15 plantes de référence. - © Aker

A force de recherches, et donc de besoins pour mener ces recherches, Aker a produit des connaissances, des outils, des méthodes nouvelles, et occasionne des transferts de technologie. Dans le domaine du phénotypage des semences et des plantules, l’Inra, l’Université d’Angers et le Geves ont développé des outils d’imagerie, dont la performance s’est largement améliorée depuis le début du programme : «La tomographie par rayons X permet de générer une image en 3D de la morphologie interne des semences à partir d’une grande série d’images radiographiques 2D prises autour d’un seul axe de rotation», commentent les acteurs du programme.

Des traitements d’images sont ensuite appliqués afin d’étudier et de mesurer de manière très précise les différents caractères souhaités. D’autres exemples peuvent être cités. L’IRM (Imagerie par résonance magnétique) permet, elle, de mesurer les lipides et leur répartition dans la semence et de suivre l’imbibition et la dynamique de pénétration de l’eau dans les différentes parties de la semence. Les bancs automatisés de germination Multicam consistent à faire germer des semences de betterave sur du buvard imbibé de manière à étudier la cinétique de germination et du début de croissance de la radicule à différentes températures et selon différents potentiels hydriques. Ou encore, le banc automatisé Eloncam consiste à utiliser une caméra sous lumière verte pour acquérir des images au cours de la croissance des plantules puis à analyser numériquement ces images pour observer et mesurer l’élongation de la plantule et de ses différents organes (radicule, hypocotyle, cotylédons) lors des premières phases de croissance suivant la germination.

Des outils d’imagerie

Dans le domaine du phénotypage de la racine et de la feuille, Irstea et l’ITB ont également développé des outils d’imagerie. «Concernant la racine, les chercheurs d’Irstea ont recommandé l’utilisation d’une sonde de contact (non invasive) qui permet de mesurer le taux de saccharose et la matière sèche dans les premiers millimètres de la racine au niveau du collet.» Après avoir déterminé les longueurs d’onde d’intérêt avec un spectroradiomètre de laboratoire, des outils plus compacts pour une utilisation au champ ont été testés. L’ITB confirme que la sonde racinaire miniaturisée SCIO donne satisfaction. Autre exemple, une ontologie de la betterave a été mise au point, pour recueillir les données du phénotypage. Il s’agit d’une part, de soumettre les données du phénotypage à venir dans le système AIS (Aker Information System) ; d’autre part, d’uniformiser et structurer les mots employés, et surtout les mesures effectuées pour chacun de ces mots. Cet outil de portée internationale, qui permet à tous de parler le même langage, est référencé sur le site de la Crop Ontology au niveau international sous l’intitulé CO 333 : www.cropontology.org.

Enfin, des outils ont été spécialement conçus pour le phénotypage au champ des 3 000 génotypes. La petite fierté des équipes est l’arracheuse ABC, un bébé de 23 tonnes, 380 CV, équipé d’un réservoir de 5 000 l, d’une trémie de 5 t, avec lavage, pesage, et échantillonnage. Sa capacité d’arrachage est de 30 a 60 secondes par micro-parcelle.

La plateforme de Curchy, de 8 ha (700 m de long sur 120 m de large, avec 6 000 parcelles d’essais), permet de tester le rendement en sucre/hectare et la dynamique de croissance de la betterave.
La plateforme de Curchy, de 8 ha (700 m de long sur 120 m de large, avec 6 000 parcelles d’essais), permet de tester le rendement en sucre/hectare et la dynamique de croissance de la betterave. - © Aker

3 000 génotypes aux sélections bien spécifiques

Précocité de levée permise par la résistance au froid de la graine, adaptation de la plante aux conditions sèches en cours de végétation, résistance aux maladies par le biais des gènes de tolérance, ou encore de l’absorption et de l’optimisation de l’azote dans le cycle de végétation… Ces critères sont synonymes de betterave sucrière compétitive. Pour Aker, l’objectif est d’être plus productif, dans un maximum d’environnements différents et avec le minimum d’intrants. Le phénotypage des 3 000 génotypes issus du programme de sélection Aker - croisements des quize plantes de référence avec du matériel élite, rétrocroisements en deux générations avec le matériel élite, autofécondations puis hybridations - a démarré cette année et se poursuit en 2019, sur la base de certains critères de sélection.

Le rendement en sucre/hectare

«Le rendement en sucre/hectare est la résultante de la teneur en sucre de la betterave (richesse), du poids de sa racine (rendement racine) et de sa teneur en sucre blanc extractible (analyse du sodium, du potassium et de l’azote alpha-aminé)», expliquent les chercheurs. Ces essais rendement sont conduits en 2018 par Florimond Desprez dans six plateformes réparties dans le nord du bassin parisien : Avelin (59), Belaise (59), Berny- en-Santerre (80), Curchy (80), Courtisols (51), Hacqueville (27). Ils sont semés en deux répétitions sur 34 000 parcelles élémentaires de trois rangs, avec des semences nues, à forte densité, puis démariées. Les mesures sont effectuées à l’arrachage sur place au champ grâce à l’arracheuse ABC dédiée à cet effet. La plateforme de Curchy, qui était présentée ce 14 juin, s’étend sur 8 ha : 700 m de long sur 120 m de large, et comprend 6 000 parcelles d’essais.

La dynamique de croissance

«Les essais de Curchy (80) et Courtisols (51) vont être suivis par drone pour estimer la cinétique des variables suivantes : taux de couverture, surface foliaire, quantité de chlorophylle et quantité d’azote dans les feuilles.» Quatre séquences de mesures sont réalisées de mai à juillet 2018. Ces travaux sont conduits par l’ITB.

La montée à graine

La betterave est une plante bisannuelle qui se reproduit la deuxième année. La montée à graine est provoquée par la vernalisation. D’après les chercheurs, «un semis très précoce va permettre d’exprimer la montée à graine et donc d’éliminer les plantes sensibles». Des observations sont conduites par Florimond Desprez sur deux plateformes situées sur la côte d’Opale : Sangatte et Escalles (62). «Les semis ont eu lieu les 7 et 8 février 2018, dans 5 700 parcelles élémentaires de trois rangs, avec des semences nues, à forte densité, puis démariées. Un comptage initial, puis trois comptages (fin juin, juillet, août) permettront de définir le pourcentage de montée et de caractériser la résistance des populations étudiées.»

Les maladies foliaires

La tolérance/résistance de la betterave aux maladies foliaires, en particulier la cercosporiose, l’oïdium, la forte pression rhizomanie, «constitue un point d’attention pour l’obtention de nouveaux matériels génétiques performants, dans un contexte de réduction/suppression des produits phytosanitaires pour ces maladies foliaires». Pour ces premières évaluations, les observations sont conduites en micro- parcelles élémentaires de trois rangs, en place, sans démariage ; le comportement des génotypes intéressants sera confirmé ultérieurement à plus grande échelle. Cercosporiose : à Saint-Jean-de- Thurac (47), par inoculation artificielle dans 2 850 parcelles, avec un phénotypage par imagerie multispectrale embarquée sur un drone, réalisé par la société Hi-Phen. Oïdium : à Montivilliers (76), dans 2 850 parcelles en conditions naturelles, avec une notation intégrative. FPR (Forte pression rhizomanie) : à Ormes (45) et Bondaroy (45), dans 6 900 parcelles, en observation mortalité/survie, avec néanmoins une faible probabilité de trouver un gène de résistance.

La conservation

L’allongement des durées de campagne betteravière, conséquence de la suppression des quotas et de l’amélioration de la productivité des outils industriels de transformation, a des incidences sur la qualité de conservation des betteraves après arrachage et avant transformation en sucrerie. Florimond Desprez a mis au point une méthodologie prédictive de la qualité de conservation des racines par des analyses physiques réalisées au laboratoire. 5 700 parcelles sont semées à cet effet, à Cappelle-en-Pévèle (59).

Le secret : la sélection «a priori»

Si le programme Aker parvient à des résultats si performants en un temps record, c’est qu’il utilise un système de sélection inédit. «Nous ne faisons plus de sélection a posteriori, mais a priori, explique Bruno Desprez, président du comité de coordination Aker. Une méthode utilisée dans l’élevage laitier que nous avons adapté à la betterave.» Plus précisément, dans le déroulement du programme, le génotypage passe avant le phénotypage. «Auparavant, on évaluait les plantes au champ et on s’aidait ensuite de la génétique ; à présent, on commence par utiliser la génétique, et on évalue ses résultats a posteriori.

Ce qui conduit à faire de la prédiction en travaillant sur des modèles.» D’où l’importance de la bio-informatique, discipline incontournable du programme. Aker gère la variabilité en allant rechercher la diversité à travers les 10 000 ressources génétiques disponibles, pour aboutir au choix des quinze plantes de référence représentatives de cette diversité. «On estime pouvoir récupérer ainsi 50 % de la variabilité, ce qui reviendrait à doubler la capacité à faire du progrès génétique». Rechercher, incorporer, organiser, valoriser la variabilité, faire en sorte qu’elle soit toujours disponible pour réagir et faire face à de nouvelles contraintes, telle est le but de la démarche. «Car demain, il faudra répondre à des objectifs nouveaux, comme l’apparition d’une nouvelle maladie, ou d’un nouvel impact réglementaire, nouveau débouché, en le moins de temps possible.»

L’objectif d’Aker est de diminuer par deux ce temps de réactivité. D’une part, le programme a déjà bénéficié de techniques permettant d’aller plus vite dans la sélection. «Ainsi, la technique graine à graine, prônant un cycle court en conditions hors-sol contrôlées sous serre (vernalisation, induction, croisements), a permis de déployer le programme de sélection en cinq ans au lieu de dix ans», assure Bruno Desprez.

D’autre part, Aker offrira lui-même les moyens de raccourcir les schémas de sélection, notamment avec la sélection génomique qui devrait permettre de réduire le cycle de sélection d’une année sur cinq, soit 20 %, pour obtenir une nouvelle variété. Aker devrait faire parler de lui bien après sa date de fin de programme, en 2020…

Pas d’OGM chez Aker

Les cultures OGM sont bel et bien interdites en Europe. Phénotypage, génotypage… Le programme Aker serait-il hors des clous ? C’est en réalité tout l’inverse. «Il est précisément un programme alternatif par rapport aux OGM, assure Bruno Desprez. Il permet de travailler sur l’ensemble du génome de la betterave, et non sur de simples gènes d’autres espèces spécifiques, n’appartenant pas à la betterave, comme c’est le cas avec les OGM.»

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