L’embryogenèse somatique comme moyen efficace de déploiement de mélanges variétaux adaptés pour faire face à la crise climatique : le projet MULTIFOREVER développe de nouvelles stratégies.
Dans un contexte qui demande toujours plus de matériel de reboisement spécifique en réponse à l’augmentation de la demande, le processus de sélection et de diffusion variétale peut être accéléré chez les conifères par la mise en œuvre de plantations multi-variétales. Dans cette stratégie, les variétés sélectionnées sont directement déployées en mélange par une technologie innovante de multiplication végétative, l’embryogenèse somatique. Le recours aux vergers à graines n’est plus nécessaire. Cet article présente les principales idées et innovations en cours de développement par le projet MULTIFOREVER et comment elles peuvent contribuer à relever les défis actuels du secteur forestier.
Vers la gestion durable des plantations forestières à vocation productive
La part des plantations forestières ne cesse d’augmenter pour faire face à la hausse mondiale des besoins en produits à base de bois (+50 % d’ici 2050 ; FAO). C’est aussi une manière de contribuer significativement à réduire la pression d’exploitation exercée sur les forêts naturelles. Les plantations gérées de manière intensive deviennent ainsi progressivement la principale source de production de bois ronds (33 % aujourd’hui). Leur croissance rapide, leur productivité et leur grande adaptabilité, non seulement à une large gamme de conditions écologiques mais aussi aux processus industriels, font que les conifères sont actuellement les principaux contributeurs aux forêts de plantation. L’un des moyens à notre disposition pour maintenir la productivité consiste à investir dans les programmes de sélection génétique d’essences résineuses de grande valeur économique comme les pins, les mélèzes, le douglas ou l’épicéa. On peut considérer que ces conifères sont encore très peu domestiqués et qu’ils présentent encore une diversité génétique très importante dans leurs populations naturelles et d’amélioration. Il reste donc envisageable d’obtenir des gains génétiques élevés pour des caractères d’intérêt après chaque cycle d’amélioration génétique. Cependant, il s’agit d’un processus assez lent qui nécessite en aval un système performant de déploiement des variétés améliorées.
Classiquement, les nouvelles variétés sont produites dans des vergers à graines en pollinisation libre par reproduction sexuée d’arbres sélectionnés (c’est la filière des plants forestiers issus de graines). Il s’agit d’une stratégie polyvalente et peu coûteuse mais de long terme puisqu’il faut attendre la maturité sexuelle des arbres producteurs de semences. En outre, la performance des variétés est essentiellement évaluée au niveau familial ; la valeur des semis individuels reste inconnue.
Une stratégie complémentaire serait de pouvoir multiplier de manière conforme (génétiquement) les arbres sélectionnés par une méthode de multiplication végétative (propagation clonale), c’est-à-dire sans passer par la voie sexuée. De cette manière, il serait possible de diffuser directement des variétés performantes, caractérisées à la fois aux niveaux familial et individuel (génotype).
Cette stratégie d’avenir pour les forêts de plantation est appelée « sylviculture multi-variétale » (MVF, multi-varietal forestry). Son principal avantage par rapport à la sylviculture basée sur des semis classiques issus de graines est qu’elle permet d’obtenir des gains génétiques plus importants à chaque cycle d’amélioration. Ainsi, les sélectionneurs et les sylviculteurs bénéficient d’une plus grande flexibilité pour faire face aux changements rapides, environnementaux et/ou socio-économiques. A chaque rotation il peut être envisagé de recourir à de nouvelles variétés toujours mieux adaptées.
Plus spécifiquement, la sylviculture multi-variétale permet d’assurer la diversité génétique des variétés élites multipliées par clonage. Après avoir défini le gain génétique associé aux mélanges de clones testés pour un caractère d’intérêt, il est possible de fixer le niveau de diversité génétique souhaité dans un mélange de clones élites. Le gain génétique peut finalement être optimisé en choisissant la meilleure combinaison de clones testés. C’est ainsi que la sylviculture multi-variétale peut contribuer à la gestion durable des plantations forestières à vocation productive.
L’outil innovant de MULTIFOREVER : la multiplication végétative de variétés de conifères par embryogenèse somatique.
A maturité (lorsque les caractères d’intérêt s’expriment), la plupart des conifères deviennent récalcitrants aux techniques classiques de propagation clonale comme le bouturage. MULTIFOREVER vise à développer l’embryogenèse somatique (ES), une méthode très puissante de multiplication végétative in vitro pour accéder à la multiplication de variétés sélectionnées. La technologie d’embryogenèse somatique la plus avancée chez les conifères permet actuellement d’accéder à la multiplication à haut débit de l’embryon présent dans chaque graine. Plusieurs étapes doivent être maîtrisées, de l’initiation et multiplication des tissus embryogènes constitués d’embryons somatiques immatures, à la production d’embryons matures puis à leur conversion en plants somatiques similaires aux semis classiques issus de graines. Un avantage crucial de ces tissus embryogènes, un matériel végétal très juvénile, c’est qu’ils peuvent être facilement cryoconservés à très basse température pendant que les plants somatiques qui en sont issus sont testés sur le terrain. Après la longue période d’évaluation, les meilleurs arbres (génotypes) de différentes origines génétiques peuvent être multipliés à partir de la collection cryoconservée. L’embryogenèse somatique permet donc d’accéder rétroactivement à la multiplication végétative d’arbres matures, sélectionnés (des variétés testées).
L’effort international de recherche collaborative à visée appliquée mené dans le cadre de MULTIFOREVER doit permettre à terme la sélection plus efficace, le déploiement et le renouvellement plus rapide et à coût maîtrisé de nouvelles variétés dans les plantations forestières. Les variétés élites exprimant de meilleures capacités adaptatives naturelles ou induites aux stress environnementaux peuvent permettre de maintenir durablement la productivité des plantations. Dans ce projet, nous nous intéressons à quelques conifères de grand intérêt économique et qui disposent déjà de programmes d’amélioration conséquents en Europe (mélèzes d’Europe et hybrides, épicéas commun, sapin de Douglas, pin maritime, pin taeda, pin radiata) et en Argentine (pin taeda et pin hybride entre le pin d’Elliot et le pin des Caraïbes).
L’objectif global de MULTIFOREVER est de développer dans l’Union Européenne et en Argentine une chaîne de valeur ajoutée et une stratégie commune pour disposer de plants somatiques de haute qualité pour les plantations forestières et accéder ainsi à la sylviculture multi-variétale des conifères.
Quelques réalisations marquantes de MULTIFOREVER jusqu’à présent :
Malgré la situation de confinement vécue ce printemps, il a été possible d’échanger de jeunes plants somatiques entre différents pays en Europe pour plusieurs espèces (Douglas, mélèze hybride, épicéa commun). Des essais de démonstration avec des mélanges polyclonaux en référence avec des variétés classiques (semis) ont pu être installés sur le terrain. Ces essais préfigurent ce que pourraient être les toutes premières perspectives européennes de sylviculture multi-variétale basée sur l’embryogenèse somatique.
A terme, nous espérons ainsi pouvoir convaincre les forestiers, les producteurs de plants et les propriétaires du bien-fondé de cette stratégie, tout particulièrement dans le contexte du changement climatique. La sylviculture multi-variétale basée sur l’embryogenèse somatique pourrait permettre de raccourcir considérablement les délais pour disposer de nouvelles variétés améliorées car il serait possible de s’appuyer sur des collections de clones cryoconservés obtenus par croisement contrôlés de géniteurs sélectionnés.
En outre nous faisons progresser notre technologie d’embryogenèse somatique et ses perspectives en utilisant différentes approches :
I) l’exposition de très jeunes embryons somatiques à des stress thermiques (conditionnement ou « priming ») peut induire la formation puis la persistance d’une sorte de mémoire tout au long de leur développement. Cette mémoire peut se traduire beaucoup plus tard (chez des plants en pleine croissance) par l’expression d’une tolérance aux stress abiotiques comme le stress hydrique. Des résultats prometteurs ont été obtenus en ces sens chez le pin radiata. Les bénéfices potentiels pour les améliorateurs sont considérables car ces effets « mémoire » permettraient d’induire de nouveaux caractères utiles pour faire face au changement climatique. La compréhension des mécanismes associés au conditionnement (en cours, plusieurs publications scientifiques MULTIFOREVER acceptées) est une clef pour envisager le développement de nouveaux outils de sélection.
II) nous essayons de multiplier les arbres matures par embryogenèse somatique. Nous pourrions ainsi gagner un temps précieux en multipliant directement les arbres qui présentent des caractéristiques connues comme la tolérance aux stress biotique ou abiotique. De nouvelles variétés mieux adaptées seraient ainsi disponibles plus rapidement. La possibilité, remarquable, d’obtenir des embryons à partir d’explants végétatifs comme les bourgeons a été démontrée récemment chez l’épicéa (Varis et al. 2018) ; nous étudions maintenant au cours de MULTIFOREVER les facteurs génétiques qui affectent l’initiation de l’embryogenèse somatique afin de mieux comprendre ce qui déclenche le processus et l’améliorer.
III) certaines étapes in vitro de l’embryogenèse somatique restent très coûteuses dans les conditions de laboratoire. Nous développons des systèmes de culture en bioréacteur pour rendre le processus plus efficace et le préparer à la transposition à l’échelle industrielle. En outre, nous cherchons à automatiser certaines étapes laborieuses qui demandent beaucoup de main d’oeuvre. Il s’agit in fine de réduire les coûts de production des plants somatiques pour les rendre compétitifs par rapport à ceux d’un semis classique.
Vous souhaitez obtenir plus de détails ? N’hésitez pas à nous contacter !
Andrea Rupps (andrea.rupps@hu-berlin.de) & Jean-François Trontin (jean-francois.trontin@fcba.fr) Co-coordinateurs de MULTIFOREVER
Vers l’intensification de la production des conifères grâce à la sylviculture multi-variétale basée sur l’embryogénèse somatique
(en cours d’élaboration)
MULTIFOREVER est un Consortium né des activités du groupe IUFRO 2.09.02. Il implique 7 équipes expertes en embryogenèse somatique des conifères dans 6 pays en Europe et en Argentine.
| Allemagne | Argentine | Finlande | Espagne | Suède | |
 |  |  |  |  |  |
| J.-F. Trontin M.-A. Lelu-Walter | A. Rupps | M.A. Gauchat | T. Aronen | P. Moncaleán | U. Egertsdotter |
Le projet MULTIFOREVER est soutenu sous l’égide du cofinancement ERA-NET « ForestValue – Innovating forest-based bioeconomy » par l’ANR (FR), le FNR (DE), le MINCyT (AR), le MINECO-AEI (ES), le MMM (FI) et VINNOVA (SE). ForestValue a reçu un financement du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union Européenne dans le cadre de la convention N°773324.
Auteurs : Jean-Francois Trontin (FCBA), Juliane Raschke (HUB), Paloma Moncaleán (NEIKER), Andrea Rupps (HUB)