COURS D’AMÉLIORATION DES PLANTES, 4ÈME ANNÉE, OPTION AGRICULTURE GÉNÉRALE
Édition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC
Préliminaires
1. Vision et Finalités du Cours
Ce cours avancé d’amélioration des plantes vise à transformer l’élève en un praticien éclairé de la sélection végétale, capable de concevoir et de mettre en œuvre des schémas d’amélioration pour les cultures industrielles et de rente. La finalité est de former des techniciens qui contribuent activement à la création de variétés plus performantes, adaptées aux divers agro-écosystèmes de la RDC et répondant aux exigences de qualité des filières de transformation et d’exportation.
2. Compétences Visées
Au terme de cette formation, l’élève sera en mesure de concevoir un programme de sélection simple, de maîtriser les techniques d’hybridation et de Gérer les descendances, d’appliquer des méthodes de sélection avancées (généalogique, récurrente, clonale) et de mettre en place des essais comparatifs de variétés. Il sera initié aux apports des biotechnologies et comprendra le cadre réglementaire de la protection des obtentions végétales et de la certification des semences.
3. Approche Pédagogique
L’approche pédagogique est centrée sur la résolution de problèmes et la conduite de projets. Les élèves sont amenés à gérer des parcelles de sélection sur le long terme, en appliquant les méthodes étudiées à des cultures industrielles modèles comme le cotonnier ou le palmier à huile. L’analyse de données, l’interprétation de résultats d’essais et des visites de stations de recherche de l’INERA (ex: Mvuazi pour les cultures fruitières) constituent des piliers de l’apprentissage.
4. Modalités d’Évaluation
L’évaluation porte sur la capacité de l’élève à planifier et à justifier une démarche de sélection. Le contrôle continu s’appuie sur la qualité des protocoles expérimentaux rédigés et la rigueur du suivi des essais. L’épreuve d’intégration finale consiste à élaborer un plan de création variétale complet pour une culture industrielle donnée, en réponse à une problématique spécifique (ex: résistance à la sécheresse du maïs dans le Katanga), incluant le choix des géniteurs, le schéma de sélection et le plan d’évaluation.
Partie 1 : Stratégies et Planification en Amélioration des Plantes 📜
Cette section déplace l’accent des principes de base vers la stratégie. Elle aborde la manière de concevoir un programme de sélection cohérent sur le long terme et introduit les notions de génétique quantitative, indispensables pour comprendre la transmission des caractères complexes comme le rendement.
Chapitre 1 : La Conception d’un Programme de Sélection
1.1. De la Problématique aux Objectifs
1.1.1. L’Analyse des Contraintes de la Filière
La première étape consiste à analyser les goulets d’étranglement d’une filière agricole (faibles rendements, sensibilité aux maladies, mauvaise qualité) pour identifier les problèmes qui peuvent être résolus par l’amélioration génétique.
1.1.2. La Définition des Objectifs de Sélection
À partir de ce diagnostic, des objectifs de sélection clairs, hiérarchisés et mesurables sont définis (ex: augmenter le rendement de 20%, introduire une résistance à la rouille).
1.1.3. La Définition de l’Idéotype
L’idéotype, ou « plante idéale », est défini en décrivant l’ensemble des caractéristiques morphologiques, physiologiques et agronomiques que la future variété devra posséder.
1.1.4. Le Choix de la Stratégie d’Amélioration
En fonction des objectifs, du mode de reproduction de la plante et des ressources disponibles, la méthode de sélection la plus appropriée (massale, généalogique, hybride, etc.) est choisie.
1.2. La Gestion des Ressources Génétiques du Programme
1.2.1. La Constitution du Pool de Géniteurs
La sélection et la collecte des parents (géniteurs) qui possèdent les gènes d’intérêt est une étape cruciale. Ce pool doit être aussi diversifié que possible.
1.2.2. L’Évaluation des Géniteurs
Les parents potentiels sont évalués pour leur valeur propre et leur aptitude à la combinaison (leur capacité à donner de bonnes descendances en croisement).
1.2.3. La Création de Populations de Base pour la Sélection
Des populations à large base génétique sont créées par des croisements multiples entre les meilleurs géniteurs, afin de maximiser la variabilité pour la sélection future.
1.2.4. La Planification à Long Terme
Un programme de sélection est planifié sur plusieurs années (souvent plus de 10 ans), en définissant un calendrier précis pour chaque étape (croisements, sélection, évaluation).
Chapitre 2 : Les Bases de la Génétique Quantitative
2.1. Hérédité des Caractères Complexes
2.1.1. Caractères Qualitatifs vs Quantitatifs
La distinction est faite entre les caractères qualitatifs (discontinus, gouvernés par un ou deux gènes, ex: couleur de la fleur) et les caractères quantitatifs (continus, gouvernés par de nombreux gènes, ex: rendement, poids des grains).
2.1.2. Le Modèle Polygénique
L’hérédité des caractères quantitatifs est expliquée par le modèle polygénique, où l’expression du caractère résulte de l’action cumulative de nombreux gènes, chacun ayant un petit effet.
2.1.3. L’Influence de l’Environnement
L’interaction forte entre le génotype et l’environnement (P = G + E + GxE) est soulignée pour les caractères quantitatifs, expliquant pourquoi une variété peut être performante dans un lieu et pas dans un autre.
2.1.4. La Notion de Valeur Phénotypique
La valeur observée (phénotype) d’une plante est décomposée en une composante génétique et une composante environnementale.
2.2. L’Héritabilité et le Progrès Génétique
2.2.1. La Variance Phénotypique et ses Composantes
La variance totale observée dans une population est décomposée en variance génétique et variance environnementale.
2.2.2. La Notion d’Héritabilité
L’héritabilité au sens large (H²) et au sens strict (h²) est définie comme la part de la variance totale qui est d’origine génétique et transmissible à la descendance.
2.2.3. L’Équation du Progrès Génétique
L’équation de la sélection (R = i * h² * σp) est introduite pour montrer que le progrès génétique réalisable dépend de l’intensité de la sélection (i), de l’héritabilité du caractère (h²) et de la variabilité présente (σp).
2.2.4. Applications pour le Sélectionneur
La compréhension de ces concepts permet au sélectionneur d’optimiser sa stratégie : travailler sur des caractères à forte héritabilité, maximiser la variabilité et appliquer une forte pression de sélection.
Partie 2 : Méthodes de Sélection pour Plantes Autogames 🌾
Cette section approfondit les méthodes de sélection spécifiquement adaptées aux plantes qui s’autofécondent naturellement, comme le riz, le haricot ou le soja. Ces méthodes visent principalement à créer et à sélectionner des lignées pures, homogènes et stables.
Chapitre 3 : La Sélection Généalogique et ses Variantes
3.1. La Méthode Généalogique Classique
3.1.1. Le Principe et le Schéma
Le schéma de la sélection généalogique, qui consiste à suivre individuellement les descendances des meilleures plantes F2 sur plusieurs générations, est rappelé et détaillé.
3.1.2. La Sélection en F2
La génération F2, où la variabilité génétique est maximale, est une étape clé pour la sélection des plantes individuelles qui seront à l’origine des futures lignées.
3.1.3. La Sélection entre et au sein des Lignées
De la F3 à la F6, la sélection se fait à deux niveaux : entre les familles (on garde les meilleures) et au sein des meilleures familles (on garde les meilleures plantes).
3.1.4. L’Évaluation des Lignées Fixées
À partir de la F7, les lignées sont considérées comme pures et stables. Elles entrent alors dans des essais comparatifs de rendement.
3.2. La Méthode de Sélection en Vrac (Bulk)
3.2.1. Le Principe
La méthode « bulk » consiste, après un croisement initial, à récolter en mélange (en vrac) toutes les graines de la population sur plusieurs générations, sans pratiquer de sélection individuelle.
3.2.2. L’Action de la Sélection Naturelle
Durant les générations en « bulk », la sélection naturelle favorise les génotypes les mieux adaptés aux conditions environnementales de la station.
3.2.3. L’Intervention de la Sélection Artificielle
Après 4 à 5 générations, le sélectionneur intervient en sélectionnant les meilleures plantes individuellement dans la population, qui est alors composée de lignées largement fixées.
3.2.4. Avantages et Inconvénients
Cette méthode est moins laborieuse et moins coûteuse que la méthode généalogique, mais elle est plus longue et ne permet pas de contrôler la sélection dans les premières générations.
Chapitre 4 : Méthodes de Sélection Accélérées
4.1. La Méthode « Single Seed Descent » (SSD)
4.1.1. Le Principe du SSD
La méthode de la descendance par graine unique (SSD) vise à accélérer l’atteinte de l’homozygotie en faisant avancer les générations le plus rapidement possible, sans sélection.
4.1.2. La Conduite Pratique
À chaque génération (de F2 à F5/F6), une seule graine est récoltée sur chaque plante et ressemée pour constituer la génération suivante. Ces générations peuvent être conduites en serre pour gagner du temps.
4.1.3. Les Avantages du SSD
Le principal avantage est la rapidité, permettant de produire des lignées pures en un temps record. Elle préserve également une grande partie de la variabilité génétique.
4.1.4. L’Application de la Sélection
La sélection pour les caractères agronomiques est reportée à la fin du processus, lorsque les lignées fixées sont évaluées dans des essais au champ.
Chapitre 5 : Le Rétrocroisement (Backcrossing)
5.1. Le Principe du Transfert de Gènes
5.1.1. L’Objectif du Rétrocroisement
Le rétrocroisement est une méthode utilisée pour transférer un ou quelques gènes d’intérêt (ex: un gène de résistance à une maladie) d’une variété « donneuse » vers une variété « receveuse » performante mais susceptible.
5.1.2. Le Schéma du Backcross
Le schéma consiste à réaliser un premier croisement, puis une série de croisements en retour (rétrocroisements) du descendant avec le parent « receveur », tout en sélectionnant à chaque génération la présence du gène d’intérêt.
5.1.3. La Récupération du Fond Génétique
Après 5 à 6 rétrocroisements, la nouvelle lignée obtenue est génétiquement identique à plus de 99% au parent performant, mais avec le gène de résistance en plus.
5.1.4. Applications Pratiques
Cette méthode est très utilisée pour améliorer une variété « élite » déjà sur le marché en lui ajoutant un caractère spécifique sans modifier ses autres qualités, par exemple pour ajouter une résistance au virus de la mosaïque à une variété de manioc appréciée dans la province du Kasaï.
Partie 3 : Méthodes de Sélection pour Plantes Allogames 🌽
Cette section se concentre sur les plantes à pollinisation croisée, comme le maïs ou le tournesol. Leur mode de reproduction implique des stratégies de sélection différentes, basées sur l’amélioration de populations et la gestion de l’hétérozygotie.
Chapitre 6 : La Sélection Récurrente
6.1. Le Principe d’Amélioration des Populations
6.1.1. L’Objectif de la Sélection Récurrente
La sélection récurrente est une méthode cyclique qui vise à augmenter progressivement la fréquence des allèles favorables pour un caractère quantitatif au sein d’une population, sans en réduire significativement la variabilité.
6.1.2. Les Étapes d’un Cycle de Sélection
Un cycle de sélection récurrente comprend trois étapes : la création de familles au sein de la population, l’évaluation de ces familles, et la recombinaison des meilleures familles pour créer la population améliorée du cycle suivant.
6.1.3. La Sélection Récurrente Simple
Différentes variantes existent, basées sur le type de familles créées et évaluées (familles de pleins-frères, de demi-frères).
6.1.4. L’Amélioration à Long Terme
Cette méthode permet un progrès génétique continu sur le long terme, et les populations améliorées peuvent être utilisées comme source de lignées performantes ou comme variétés synthétiques.
Chapitre 7 : La Création et l’Évaluation des Lignées
7.1. L’Autofécondation et la Fixation
7.1.1. L’Extraction de Lignées Pures
Des lignées pures peuvent être extraites d’une population de plante allogame par une série d’autofécondations forcées sur plusieurs générations.
7.1.2. La Dépression de Consanguinité
L’autofécondation chez les plantes allogames s’accompagne d’une perte de vigueur appelée « dépression de consanguinité », qui doit être gérée par le sélectionneur.
7.1.3. L’Évaluation des Lignées
Les lignées obtenues sont ensuite évaluées pour leur valeur propre et, surtout, pour leur aptitude à la combinaison en croisement.
7.1.4. L’Utilisation des Lignées
Ces lignées pures sont les parents de base pour la création des variétés hybrides.
Chapitre 8 : La Création de Variétés Hybrides et Synthétiques
8.1. La Création de Variétés Hybrides
8.1.1. Le Schéma de Création d’un Hybride Simple
La création d’une variété hybride F1 repose sur le croisement entre deux lignées pures parentales choisies pour leur forte aptitude à la combinaison, afin d’exploiter au maximum l’effet d’hétérosis.
8.1.2. Les Types d’Hybrides
Les différents types d’hybrides sont présentés : l’hybride simple (A x B), l’hybride trois voies ((A x B) x C) et l’hybride double ((A x B) x (C x D)).
8.1.3. La Production de Semences Hybrides
La production commerciale de semences hybrides F1 nécessite des parcelles d’isolement où les rangs de parents femelles sont décastrés (émasculés) pour n’être pollinisés que par les rangs de parents mâles.
8.1.4. L’Exemple du Palmier à Huile
Le cas des hybrides Tenera du palmier à huile, issus du croisement Dura x Pisifera et développés par l’INERA à la station de Yangambi (Tshopo), est un exemple majeur de succès de la sélection hybride en RDC.
8.2. La Création de Variétés Synthétiques
8.2.1. Le Principe
Une variété synthétique est une population créée par le croisement en pollinisation libre d’un nombre limité de clones ou de lignées choisis pour leur bonne aptitude générale à la combinaison.
8.2.2. Les Avantages
Les variétés synthétiques sont moins coûteuses à produire que les hybrides et les agriculteurs peuvent ressemer leurs propres graines pendant quelques générations sans perte de rendement majeure.
8.2.3. La Création d’une Variété Synthétique
Les étapes de la création sont décrites : choix des composants, multiplication et croisement en panicule polycross.
8.2.4. Le Domaine d’Application
Les variétés synthétiques sont particulièrement adaptées aux plantes fourragères et à certaines cultures où la production de semences hybrides est difficile.
Partie 4 : Cas Pratiques et Biotechnologies 🧑🔬
Cette partie se veut applicative, en illustrant comment les méthodes de sélection sont mises en œuvre concrètement sur les cultures majeures du pays. Elle ouvre également une fenêtre sur les outils modernes des biotechnologies qui viennent accélérer et préciser le travail du sélectionneur.
Chapitre 9 : Application à l’Amélioration du Maïs et du Riz
9.1. L’Amélioration du Maïs
9.1.1. Les Objectifs de Sélection
Les objectifs pour le maïs en RDC sont rappelés : haut rendement, adaptation à la sécheresse, et résistance aux maladies (striure du maïs) et aux ravageurs (foreurs de tige, chenille légionnaire).
9.1.2. L’Amélioration des Populations
Les programmes de sélection récurrente pour améliorer les populations de base de maïs adaptées aux conditions des savanes du sud de la RDC sont décrits.
9.1.3. Le Développement d’Hybrides
La stratégie de développement de variétés hybrides performantes, menée par la recherche publique et privée, est présentée.
9.1.4. La Biofortification
La sélection de variétés de maïs biofortifiées, enrichies en provitamine A (maïs orange) ou en protéines de haute qualité (QPM), est un axe de recherche important pour lutter contre la malnutrition.
Chapitre 10 : Application à l’Amélioration du Manioc et de la Patate Douce
10.1. L’Amélioration du Manioc
10.1.1. Les Objectifs Prioritaires
Le principal objectif est la résistance combinée aux deux maladies virales majeures : la mosaïque africaine et la striure brune. Le rendement et la qualité des racines (teneur en matière sèche) sont aussi des critères clés.
10.1.2. Le Schéma de Sélection
Le schéma d’amélioration du manioc est détaillé : il commence par des croisements sexués pour générer de la diversité, suivi par plusieurs années de sélection clonale pour évaluer et sélectionner les meilleurs clones.
10.1.3. Les Succès de la Recherche
Les nombreuses variétés améliorées de manioc diffusées par l’INERA et ses partenaires, qui ont permis de sauver la production face aux épidémies, sont citées en exemple.
10.1.4. La Sélection Participative
L’implication des agriculteurs et agricultrices dans le processus de sélection pour choisir les clones qui correspondent le mieux à leurs critères (goût, aptitude à la transformation) est soulignée.
Chapitre 11 : Application à l’Amélioration du Cotonnier et du Soja
11.1. L’Amélioration du Cotonnier
11.1.1. Les Objectifs de Sélection
Les objectifs sont le rendement en coton-graine, le pourcentage de fibres à l’égrenage, et surtout, les caractéristiques technologiques de la fibre (longueur, résistance, finesse) qui déterminent sa valeur commerciale.
11.1.2. La Méthode Généalogique
La sélection généalogique après hybridation est la méthode la plus utilisée pour créer de nouvelles variétés de cotonnier.
11.1.3. La Résistance aux Insectes
La recherche de résistance aux redoutables chenilles des capsules est un axe majeur de la sélection.
11.1.4. Le Contexte de la Filière Coton
Le rôle de l’amélioration variétale dans la relance de la filière cotonnière dans ses bassins de production traditionnels comme dans la province du Maniema est discuté.
Chapitre 12 : Introduction aux Biotechnologies Végétales
12.1. La Culture in Vitro
12.1.1. Le Principe
La culture in vitro est une technique qui consiste à cultiver des cellules, des tissus ou des organes de plantes sur un milieu nutritif artificiel, en conditions stériles.
12.1.2. Le Microbouturage
Le microbouturage permet de multiplier très rapidement et à grande échelle des clones sains, une technique très utilisée pour la production de masse de vitroplants de bananier ou de manioc.
12.1.3. L’Haplodiploïdisation
Cette technique, qui utilise la culture d’anthères ou de microspores, permet de produire des lignées pures homozygotes en une seule génération, accélérant considérablement le processus de sélection.
12.1.4. Le Sauvetage d’Embryons
La culture in vitro d’embryons immatures permet de réussir des croisements interspécifiques qui seraient normalement impossibles.
12.2. La Sélection Assistée par Marqueurs (SAM)
12.2.1. Le Principe des Marqueurs Moléculaires
Les marqueurs moléculaires sont des « étiquettes » sur l’ADN qui permettent de suivre la transmission des gènes d’intérêt au cours des générations, sans avoir à observer le phénotype.
12.2.2. Les Avantages de la SAM
La SAM permet de sélectionner les plantes au stade plantule, d’accélérer la sélection (surtout pour les caractères difficiles à mesurer) et de pyramider plusieurs gènes de résistance dans la même variété.
12.2.3. La Sélection Génomique
La sélection génomique, une forme avancée de SAM qui utilise l’information de milliers de marqueurs répartis sur tout le génome, est brièvement introduite.
12.2.4. La Transgenèse (OGM)
La technique de la transgenèse, qui consiste à insérer un gène d’une autre espèce dans une plante pour lui conférer un nouveau caractère, est définie de manière factuelle.
Partie 5 : Évaluation, Protection et Diffusion des Variétés ✅
Cette dernière partie boucle le cycle de l’amélioration en abordant les étapes finales : l’expérimentation rigoureuse qui valide la performance des nouvelles variétés, le cadre légal qui protège le travail des obtenteurs, et les mécanismes qui assurent la diffusion du progrès génétique jusqu’à l’utilisateur final, l’agriculteur.
Chapitre 13 : L’Expérimentation Agronomique Multilocale
13.1. Les Dispositifs Expérimentaux
13.1.1. L’Objectif des Essais Comparatifs
L’objectif est de comparer de manière rigoureuse et objective les performances agronomiques des nouvelles variétés (« candidates ») à celles des meilleures variétés déjà commercialisées (« témoins »).
13.1.2. Les Principes de l’Expérimentation
Les trois principes de base de toute expérimentation au champ sont énoncés : la répétition, la randomisation et le contrôle local (blocs).
13.1.3. La Conduite des Essais
La nécessité d’une conduite parfaitement homogène de toutes les micro-parcelles de l’essai pour que les différences observées ne soient dues qu’à l’effet des variétés est soulignée.
13.1.4. L’Analyse Statistique
L’analyse de la variance (ANOVA) est présentée comme l’outil statistique qui permet de valider les résultats et de classer les variétés entre elles.
Chapitre 14 : La Protection des Obtentions Végétales et le Secteur Semencier
14.1. La Propriété Intellectuelle
14.1.1. Le Certificat d’Obtention Végétale (COV)
Le COV est un titre de propriété intellectuelle qui protège les droits de l’obtenteur d’une nouvelle variété, lui donnant un monopole temporaire sur sa commercialisation.
14.1.2. Les Conditions d’Obtention du COV
Les critères DHS (Distinction, Homogénéité, Stabilité) que doit remplir une variété pour être protégée sont expliqués.
14.1.3. Le Rôle de l’UPOV
L’Union Internationale pour la Protection des Obtentions Végétales (UPOV) est présentée comme l’organisation intergouvernementale qui harmonise les systèmes de protection au niveau mondial.
14.1.4. Les Enjeux pour la RDC
Les enjeux de la mise en place d’un système de protection des obtentions végétales pour stimuler l’investissement privé dans la sélection et la production de semences en RDC sont discutés.
Annexes
1. Plans de Dispositifs Expérimentaux
Cette annexe propose des schémas de piquetage pour les dispositifs expérimentaux les plus courants : le dispositif en blocs complets randomisés et le dispositif en lattice, avec des exemples de randomisation pour 9 et 16 variétés.
2. Modèles de Fiches de Notation
Des modèles de fiches de notation au champ sont fournis pour différentes cultures, listant les caractères à observer et les échelles de notation à utiliser (ex: échelle de 1 à 5 pour la sévérité d’une maladie), afin de standardiser la prise de données.
3. Introduction à l’Analyse de la Variance
Un exemple simple et commenté d’un tableau d’analyse de la variance (ANOVA) pour un essai comparatif est présenté, pour familiariser l’élève avec l’interprétation des résultats statistiques (test F, PPN S).
4. Le Processus de Certification des Semences en RDC
Un diagramme de flux (flowchart) décrit de manière synthétique les différentes étapes du processus de certification des semences en RDC, depuis la déclaration de la culture de multiplication jusqu’à l’étiquetage final par le SENASEM.