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La Luzerne est menacée.Tenez-vous informés !

Les variétés
L'amélioration génétique de la luzerne pour une pratique culturale raisonnée : c'est prendre en compte et concilier les attentes du marché et la connaissance de la biologie de la plante.

Les particularités biologiques de l'espèce
Medicago falcata
Medicago falcata
Les principales caractéristiques de la luzerne aux yeux du sélectionneur sont au nombre de trois.

C'est tout d'abord une espèce autotétraploïde. Cela signifie que chaque chromosome se trouve présent en quatre exemplaires dans le génome. Ceci permet d'augmenter le nombre de combinaisons alléliques mais aussi l'accumulation d'allèles défavorables qui restent masqués. En pratique, cela ralentit l'identification des structures génétiques favorables et donc le progrès génétique.

Il s'agit ensuite d'une plante à reproduction allogame : les ovules d'une plante sont pollinisés par le pollen d'une autre plante. Le transport du pollen est assuré par des insectes pollinisateurs, surtout des abeilles solitaires. En absence de pollinisateur, ou si les fleurs sont peu attractives, la production de graines est faible.

Enfin, il est impossible de contrôler les croisements. En conséquence, les variétés sont des populations synthétiques issues de plusieurs générations de multiplication de parents bien identifiés. Le nombre de plantes parentales va définir la 'largeur' de la base génétique. Il y a une tendance actuelle à augmenter la base génétique des variétés, en vue d'améliorer leur adaptation à des conditions environnementales variées.
En raison de ces particularités, les variétés cultivées ont des structures génétiques complexes. Toutes les plantes présentes dans un peuplement de luzerne sont génétiquement différentes les unes des autres. A l'opposé, dans un peuplement de maïs ou de blé, tous les individus sont semblables, soit tous hybrides (maïs) soit tous homozygotes, c'est à dire que l'on peut reproduire à l'identique par autofécondation (blé).
Ressources génétiques
Medicago sativa
Medicago sativa
La condition préalable à toute sélection est l'existence d'une diversité génétique pour le caractère que l'on cherche à améliorer au sein de l'espèce.

La luzerne cultivée Medicago sativa L. est une espèce fourragère pérenne, originaire du Croissant Fertile (Moyen-Orient). Elle fait partie d'un complexe d'espèces, comprenant à la fois des types diploïdes et des types tétraploïdes. A niveau de ploïdie donné, ces espèces sont inter-fertiles. En croisement, elles produisent des plantes fertiles. Au niveau tétraploïde, Medicago falcata est une espèce très proche des luzernes cultivées. Elle se caractérise par un port rampant, des fleurs jaunes et des gousses en forme de faucille.

La luzerne cultivée a été introduite en Europe de l'Ouest à l'occasion des grands mouvements de conquêtes romaines, puis arabes et "redécouverte" pour sa production fourragère vers le XIVe siècle. Elle a été introduite plus récemment en Amérique du Nord et en Amérique latine.

La diversité des conditions pédo-climatiques ainsi que la diversité des courants de migration dont sont issues les populations a permis de générer au sein de l'espèce une diversité génétique très grande pour la plupart des caractères d'intérêt agronomique.

Les groupes de diversité génétique dont on dispose en Europe sont d'une part le matériel "flamand" et d'autre part le matériel "méditerranéen" dont les types "Provence". Les types flamands sont issus de l'introduction à partir des populations sauvages de l'espèce falcata de caractères d'adaptation comme la résistance au froid. Une grande diversité existe aussi dans du matériel très peu dormant originaire du pourtour du bassin méditerranéen, de la Péninsule arabique et du sous-continent indien. Cependant ce matériel est une source de diversité difficilement utilisable en Europe de l'Ouest en raison de sa très faible dormance automnale et donc de sa faible pérennité.
Objectifs et critères de sélection
Depuis plus de 30 ans les sélectionneurs français cherchent prioritairement à répondre au cahier des charges de la filière luzerne déshydratée dans l’amélioration des caractéristiques agronomiques et de la valeur alimentaire, de leur matériel génétique. Cette filière « déshy », représente 25 à 30 % des semences utilisées sur le marché français, mais son haut niveau d’exigences, élève les qualités de l’ensemble des cultures de luzerne française.

  • Depuis 1980 : Objectifs Nématodes puis protéines
La première étape a été de développer la tolérance aux nématodes qui, historiquement, a été apportée avec la variété Vertus dans les années 70. Les seuils de tolérance se sont progressivement élevés avec le franchissement du seuil des 50 % dans les années 90 avec les variétés Diane et Capri. En 1994 avec la variété Mercedes la barre des 80 % est franchie. Les inscriptions récentes offrent des niveaux de tolérance compris entre 80 et 90 %. Le second objectif d’amélioration poursuivi par les sélectionneurs a été la teneur en protéine. La première variété à apporter une différence significative a été Harpe en 1996 avec un taux de 106 % des témoins officiels. Depuis d’autres variétés comme Alicia, Arpège, Concerto et Marchal ont atteint ou approché ce niveau.

  • Depuis 1997 : Objectif Anthracnose
Alors que les sélectionneurs se focalisent sur la résistance au verticilium, les dégâts constatés par le développement de l’anthracnose conduisent à accentuer la pression de la sélection sur ce parasite. La variété Marshal en 1997 a montré sur le terrain un bon niveau de tolérance. Les sélectionneurs ont rapidement réagi pour endiguer ce problème, et la prise en compte des notations réalisées au moment des essais officiels effectués par le Géves permettent d’attester que les récentes inscriptions que sont Asmara, Everest, Félicia, Galaxie et Neptune présentent un bon niveau de tolérance face à ce parasite.

  • Objectifs permanents : Pérennité et rendement
L’allongement de la durée d’exploitation des parcelles de luzerne est également prise en compte par les sélectionneurs. Il s’agit d’améliorer la pérennité des variétés et sur ce point également les notations effectuées au moment des épreuves d’inscription au catalogue officiel permettent de constater les évolutions avec, globalement, les notes les plus élevées sur les variétés récentes. Face à cet ensemble de critères d’amélioration mis en œuvre par les sélectionneurs, nombre d’interlocuteurs posent la même question : et le rendement ? Plusieurs éléments de réponse… !
D’une part les tolérances aux différents parasites apportées par les nouvelles variétés limitent les pertes de rendement qui seraient constatées en utilisant des variétés anciennes. D’autre part, les progrès effectués sur le potentiel de rendement sont moins visibles car ils sont plus lents que sur d’autres espèces pour deux raisons. La première tient au cycle de cette plante pérenne où le sélectionneur a besoin de trois ans pour faire une génération alors que sur d’autres espèces il en fait parfois 2 par an. La seconde est que le potentiel de matière sèche concerne la plante entière et que, pour progresser, il faut élever la production de la biomasse globale.
Sur d’autres espèces l’exercice consiste à accroître le pourcentage de grain dans la biomasse globale. Les progrès apportés par les sélectionneurs, bien que moins spectaculaires sur le potentiel de rendement, n’en demeurent pas moins réels. Les tolérances aux différents parasites permettent de sécuriser le rendement pour l’agriculteur, et l’amélioration de la valeur d’usage de la récolte apporte également de la valeur pour la filière. Cette année une variété hybride a été introduite dans les essais officiels d’inscription, ce qui permettra de mesurer l’intérêt éventuel de cette technique pour faire progresser la productivité. Les essais conduits en partenariat entre Coop. de France Déshy et l’UFS (Union française des Semenciers, regroupant les obtenteurs) permettent, dans le prolongement des épreuves d’inscription au catalogue officiel, de mesurer les performances des différentes variétés de luzerne. Comme pour toutes les espèces, il convient d’être attentif à la répétition des résultats et de ne pas tirer de conclusions hâtives à partir d’une année. La procédure mise en place pour regrouper les essais dans des synthèses pluriannuelles va permettre pour l’avenir de fiabiliser les observations et accroître la diffusion de cette expérimentation très lourde à réaliser.

  • La qualité des produits
La luzerne constitue une source importante de protéines végétales. La qualité du fourrage a fait l'objet de travaux de sélection, en vue d'une part d'augmenter la teneur en protéines, et d'autre part d'améliorer la digestibilité du fourrage qui est un frein à son incorporation dans des rations pour ruminants à haute performance. Pour ces deux caractères, la sélection tient compte de la physiologie de la plante, donc de la relation entre croissance et valeur alimentaire. Cela a permis de montrer que pour une production de matière sèche donnée, il existe des différences entre variétés pour la teneur en protéines et pour la digestibilité du fourrage. De plus, une grande variabilité à l'intérieur des populations existe pour ces caractères.
Les caractéristiques de valeur alimentaire sont mesurées en laboratoire par des analyses chimiques (teneurs en protéines et en fibres, digestibilité enzymatique) et de plus en plus par des prédictions obtenues à partir de spectres collectés dans le proche infrarouge. Des équations de prédiction sont alors préalablement établies, qui permettent de relier l'absorbance à certaines longueurs d'ondes avec des caractéristiques biochimiques ou d'utilisation. Le développement d'équations de prédiction dans le proche infrarouge permet d'augmenter le nombre d'échantillons analysés.

L'appétibilité de la luzerne a toujours été considérée comme bonne. Cependant, la structure des tiges, et notamment leur grosseur, peut conditionner la consommation en foin par les petits ruminants (ovins, caprins). Dans ce cadre, des variétés à tiges fines ont été sélectionnées, avec des difficultés de maintenir en même temps une bonne résistance à la verse. On a récemment pu montrer qu'il n'existait pas de relation entre la grosseur des tiges et la digestibilité, ni d'ailleurs entre la digestibilité et la résistance à la verse.

La production de semences
La production de semences ne fait pas partie intégrante de la valeur agronomique des variétés. Pourtant, elle constitue une condition impérative à la diffusion du progrès génétique. En effet, elle conditionne la mise en vente des semences à des prix compétitifs.

  • Autres critères
D'autres caractères, qui pourraient présenter un intérêt en sélection, sont peu voire pas pris en compte en Europe.
Parmi ces caractères, on peut tout d'abord citer l'adaptation au pâturage. Cette adaptation recouvre deux aspects que sont
  • La tolérance des plantes à être consommées directement par les animaux et à supporter le piétinement
  • La gestion du risque lié à la météorisation. Ce second point passe pour partie par la sélection de génotypes avec une dégradation plus lente de la matière sèche et des protéines mais surtout par une gestion du pâturage. En revanche, la tolérance à l'arrachement et au piétinement repose sur une modification de la structure des plantes et la recherche de génotypes ayant un port plus prostré.
L'aptitude à l'association avec des graminées ne fait guère l'objet de sélection. La valeur agronomique d'une association repose avant tout sur les pratiques agronomiques appliquées à ces associations.
La tolérance à la sécheresse et aux stress abiotiques (pH bas, sel) font l'objet de travaux de recherche dans différents laboratoires de recherche en réponse à des contraintes environnementales très fortes dans certaines régions du globe. Il n'y a pas de travaux directs sur ces points en France. La mesure du rendement, de la qualité et de la pérennité dans des réseaux d'essais donne une information générale sur l'adaptation à une large gamme de contraintes environnementales.

Les méthodes de sélection
Methode de sélection
Methode de sélection
Les variétés que l'on met sur le marché sont issues d'un polycross d'intercroisement entre des plantes ou des familles de plantes sélectionnées pour les critères présentés précédemment. Ce polycross est ensuite suivi de trois générations de multiplication de semences avant de parvenir à la semence commerciale.

La spécificité des espèces allogames où l'on cultive en couvert dense des variétés à base génétique large est que l'on doit sélectionner des individus dont les descendants, après différentes générations de multiplication, devront présenter une bonne valeur agronomique en peuplement dense. Ceci signifie que la sélection et l'évaluation des plantes (ou familles de plantes) parentales doivent être effectuées en plantes isolées, avec des critères permettant de prédire le comportement en couvert dense.

Les descendances de ces plantes seront alors testées en parcelles denses de petite taille (micro-parcelles), puis les meilleures descendances ou familles feront l'objet d'une évaluation en parcelles plus grandes et dans un dispositif comportant plusieurs lieux. La luzerne étant une espèce pérenne, avec de multiples coupes annuelles, tous ces dispositifs font l'objet de plusieurs récoltes annuelles et cela sur plusieurs années (en général, l'année d'implantation plus deux ans).

Les conséquences de cette démarche sont en premier lieu le grand nombre d'années pour aboutir à la création de nouvelles variétés. D'autre part, les progrès sont d'autant plus rapides qu'il existe une relation solide entre l'expression du caractère en plantes isolées et l'expression en peuplement. C'est le cas pour la résistance à la verse, ou pour la résistance aux maladies évaluée en conditions contrôlées. Quand la relation est plus vague, soit par un effet de la densité sur l'expression du caractère, soit par l'imprécision de la mesure quand elle est réalisée sur des plantes individuelles, les progrès génétiques sont plus lents.
Apports potentiels des biotechnologies
Caractéristiques des variétés de Luzerne
Caractéristiques des variétés de Luzerne
L'émergence des biotechnologies conduit à s'intéresser aux possibilités de les mettre en œuvre sur la luzerne et aux difficultés que cela comporte.

Il faut distinguer deux grandes catégories de technologies susceptibles de faire évoluer la sélection de la luzerne : les techniques de marquage et les techniques s'appuyant sur la culture in vitro, même si, à ce jour, peu ont eu une application effective sur la luzerne.

Le marquage moléculaire consiste, à l'aide de différentes techniques, à analyser la structure de l'ADN du noyau ou des organites cellulaires (mitochondries ou chloroplastes). La caractérisation de la structure de l'ADN peut permettre d'identifier des différences entre variétés, ou des différences de fréquences de certains fragments. Ces différences peuvent permettre de caractériser des variétés et ainsi de conforter l'identification des variétés. La connaissance de la structure du génome nucléaire et l'établissement de cartes génétiques peut permettre de définir des zones du génome impliquées dans le contrôle de tel ou tel caractère d'intérêt agronomique. Cela aboutit soit à la définition de marqueurs de caractères sous contrôle simple, soit à la connaissance de zones du génome qui interviennent dans le contrôle de caractères agronomiques complexes.

Dans les deux cas, ces connaissances peuvent aboutir à une sélection assistée par marqueurs. Ceci signifie que sur la base des marqueurs nucléaires, on peut sélectionner les individus qui ont les meilleures chances de présenter une bonne valeur agronomique. Ceci est particulièrement intéressant dans la mesure où cela permet de faire abstraction des conditions du milieu. Cependant, dans le cas de la luzerne, l'état tétraploïde du génome rend l'identification de marqueurs plus difficiles.

La culture in vitro permet de faire croître un certain nombre de structures cellulaires en milieu artificiel gélosé. Elle permet tout d'abord de reproduire à l'identique des génotypes particuliers. On peut ainsi conserver sous forme de boutures les plantes parentales de polycross d'origine de variétés. On peut aussi valoriser l'aptitude de la luzerne à produire des embryons à partir d'une seule cellule en culture in vitro. Ces embryons 'somatiques' sont des copies conformes de la plante de départ. Des travaux ont été conduits dans plusieurs laboratoires pour utiliser ces embryons somatiques comme semences et pour ainsi valoriser des combinaisons génétiques particulièrement intéressantes. Cependant, ces deux voies ont donné peu de résultats dans la pratique en raison des coûts que cela occasionne.

La transformation par transfert indirect de gènes étrangers permet la création d'organismes génétiquement modifiés. La luzerne, parce qu'elle est sensible à Agrobacterium tumefaciens peut être transformée génétiquement. De plus, son aptitude à l'embryogenèse somatique, permet de régénérer avec une certaine facilité des plantes transformées, même si un petit nombre de génotypes se prêtent avec succès à cette méthodologie. Dans la pratique, peu d'OGM de luzerne ont été effectivement obtenus et testés. La plupart l'ont été à des fins de recherche, en particulier pour l'étude de la fixation symbiotique, et dans des conditions très contrôlées. Les seuls OGM ayant fait l'objet de tests au champ en Amérique du Nord portaient sur la résistance à un herbicide total et sur une amélioration de la résistance au froid. Pourtant les possibilités sont multiples, tant en ce qui concerne la qualité que la résistance aux maladies ou l'utilisation de la luzerne à des fins de production d'enzymes industrielles.

L'acceptation par le marché des OGM est particulièrement faible en ce moment en Europe, et les produits existants n'apportent pas de progrès susceptibles de vaincre ce frein. De plus, il existe en France et en Europe des populations naturelles sauvages compatibles avec la luzerne cultivée ainsi que de nombreuses populations échappées de culture (bords de route). La culture d'OGM entraînerait une dissémination rapide des transgènes dans ces populations avec les risques que cela comporte. En conséquence, il n'existe aucun produit OGM qui fasse l'objet d'études au champ en France ou en Europe.

L'inscription au catalogue et les variétés disponibles sur le marché
Quand une population synthétique particulièrement intéressante a été identifiée, elle fait alors l'objet d'une évaluation dans les réseaux officiels en vue de l'inscription au Catalogue Officiel. Ces évaluations sont conduites sous le contrôle du GEVES (Groupe d'Etude des Variétés Et des Semences), l'inscription étant proposée par le CTPS (Comité Technique Permanent de la Sélection). Téléchargez l'étude GEVES

Les évaluations sont faites sur un ensemble de caractères agronomiques permettant d'assurer un progrès au bénéfice des agriculteurs utilisateurs. Pour pouvoir être inscrite, une variété doit présenter un progrès global par rapport aux témoins. De plus, les nouvelles variétés doivent satisfaire aux critères de la DHS (Distinction, Homogénéité, Stabilité) qui permettent de garantir que la nouvelle obtention est différente des variétés déjà existantes, qu'elle a une valeur stable dans le temps et qu'elle présente une homogénéité génétique compatible avec son utilisation et son maintien.
Le tableau en haut à droite présente les caractéristiques agronomiques des différentes variétés de luzerne inscrites en France.

UNE PHYSIOLOGIE
HORS DU COMMUN