INRAE, NICOLAS Bertrand, Serres experimentales UMR Génomique végétale Evry
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Proceedings of the National Academy of Sciences

Comment améliorer l'utilisation des ressources phytogénétiques pour soutenir l'efficacité des programmes de sélection ?

Dans un récent article du dossier spécial de la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, des scientifiques du pilier plantes ont démontré comment améliorer durablement le gain génétique des plantes cultivées en utilisant des populations relais et la gestion de la diversité génétique.

L'augmentation et la stabilité de la production végétale exigent de nouveaux progrès génétiques. Pour le maintenir, les sélectionneurs doivent préserver la diversité génétique dans leurs programmes, bien qu'elle soit appauvrie par la sélection. Au cours du siècle dernier, de grandes collections de ressources génétiques ont été organisées, représentant une diversité significative. Cependant, leur utilisation pour le développement de variétés est restée un problème non résolu en raison de leur écart de performance par rapport aux variétés élite. Les progrès réalisés dans le domaine du génotypage et des méthodes statistiques permettent aujourd'hui de les utiliser efficacement grâce à des schémas de liaison basés sur la prédiction génomique et à la surveillance de la diversité. Notre étude fournit une démonstration d'une série de nouveaux outils incorporés dans de nouveaux schémas de sélection pour utiliser efficacement les ressources génétiques des donneurs, leur permettant de contribuer à l'amélioration des caractères quantitatifs dans les populations élite.

Résumé
Le progrès génétique des plantes cultivées est nécessaire pour faire face à la croissance de la population humaine et garantir la stabilité de la production dans des conditions environnementales de plus en plus instables. La sélection s'accompagne d'une perte de diversité génétique, ce qui limite le gain génétique à moyen-long terme. Des méthodologies basées sur les informations des marqueurs moléculaires ont été développées pour gérer la diversité et se sont avérées efficaces pour augmenter le gain génétique à long terme. Toutefois, avec des populations de sélection végétale de taille réaliste, l'appauvrissement de la diversité dans les programmes fermés semble inéluctable, ce qui nécessite l'introduction de donneurs de diversité pertinents. Bien que maintenues grâce à des efforts considérables, les collections de ressources génétiques restent sous-utilisées, en raison d'un écart de performance important par rapport au matériel génétique élite. Le croisement des ressources génétiques avec les lignées élites pour créer une population pont (bridging) avant leur introduction dans les programmes élites peut permettre de gérer efficacement cet écart. Afin d'améliorer cette stratégie, nous avons exploré, à l'aide de simulations, différentes options de prédiction génomique et de gestion de la diversité génétique dans le cadre d'un programme global comprenant une composante intermédiaire (population pont) et une composante élite. Nous avons analysé la dynamique de la fixation des loci de caractères quantitatifs et suivi le sort des donneurs d'allèles après leur introduction dans le programme de sélection. L'allocation de 25 % des ressources expérimentales totales à la création d'une population pont semble très bénéfique. Nous avons montré que les donneurs de diversité potentiels devraient être sélectionnés sur la base de leur phénotype plutôt que sur les prédictions génomiques calibrées avec le programme de sélection en cours. Nous recommandons d'incorporer des donneurs améliorés dans le programme d'élite en utilisant une calibration globale du modèle de prédiction génomique et une sélection visant à maintenir une diversité constante. Ces approches utilisent efficacement les ressources génétiques pour soutenir le gain génétique et maintenir une diversité neutre, améliorant ainsi la flexibilité pour répondre aux futurs objectifs de sélection.

Contact :

  • Alain Charcosset alain.charcosset@inrae.fr
  • Génétique Quantitative et Evolution (GQE) Le Moulon, 91190, Gif sur Yvette France

Voir aussi

Référence :

Sanchez Dimitri, Sadoun Sarah Ben, Mary-Huard Tristan, Allier Antoine, Moreau Laurence, Charcosset Alain. 2023. Improving the use of plant genetic resources to sustain breeding programs’ efficiency. Proceedings of the National Academy of Sciences. e2205780119, 120-14. doi:10.1073/pnas.2205780119
https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2205780119 
Genetic progress of crop plants is required to face human population growth and guarantee production stability in increasingly unstable environmental conditions. Breeding is accompanied by a loss in genetic diversity, which hinders sustainable genetic gain. Methodologies based on molecular marker information have been developed to manage diversity and proved effective in increasing long-term genetic gain. However, with realistic plant breeding population sizes, diversity depletion in closed programs appears ineluctable, calling for the introduction of relevant diversity donors. Although maintained with significant efforts, genetic resource collections remain underutilized, due to a large performance gap with elite germplasm. Bridging populations created by crossing genetic resources to elite lines prior to introduction into elite programs can manage this gap efficiently. To improve this strategy, we explored with simulations different genomic prediction and genetic diversity management options for a global program involving a bridging and an elite component. We analyzed the dynamics of quantitative trait loci fixation and followed the fate of allele donors after their introduction into the breeding program. Allocating 25% of total experimental resources to create a bridging component appears highly beneficial. We showed that potential diversity donors should be selected based on their phenotype rather than genomic predictions calibrated with the ongoing breeding program. We recommend incorporating improved donors into the elite program using a global calibration of the genomic prediction model and optimal cross selection maintaining a constant diversity. These approaches use efficiently genetic resources to sustain genetic gain and maintain neutral diversity, improving the flexibility to address future breeding objectives.

 This article has recently been published in the journal Plants: Special Issue 10th Anniversary of Plants—Recent Advances and Perspectives.

Date de modification : 27 octobre 2023 | Date de création : 30 mars 2023 | Rédaction : A. Charcosset - RARE Edition P. Huan