Pommes de terre hybrides – Une solution intelligente sur le plan climatique pour les producteurs de pommes de terre

Collaborateurs, collègues et partisans du projet : Lucia Sandra Perez Borroto, Lorena Gonzales Ramirez, Ernst-Jan Eggers Salome Prat, Maroof Ahmed-Shaikh.

La grande importance de la culture de la pomme de terre dans le monde ne tient pas seulement au fait qu’elle est la troisième culture la plus consommée après le riz et le blé (FAO, 2014). La teneur énergétique élevée des tubercules, la simplicité de la technique de culture et l’étendue géographique des zones de production ont fait de la pomme de terre une culture importante pour la sécurité alimentaire, en particulier pour les pays en développement et les petits agriculteurs.

La grande diversité des conditions environnementales dans les différentes régions de culture crée le besoin de surmonter la dépendance de la tubérisation par rapport à la photopériode et de développer des variétés bien adaptées, résistantes au climat et à une série de stress biotiques. Ce besoin devient encore plus urgent aujourd’hui en raison des effets du changement climatique, avec l’augmentation des stress (en particulier abiotiques) et la nécessité de nouveaux cultivars pour maintenir la stabilité des rendements.

Stress abiotiques et pomme de terre

Quels sont les stress abiotiques les plus courants sur les pommes de terre ?

L’un des stress les plus fréquents auxquels de plus en plus de producteurs de pommes de terre sont confrontés de nos jours est l’augmentation de la température. Les plants de pommes de terre sont très sensibles au stress thermique puisqu’ils sont considérés comme des cultures de saison fraîche. Une température élevée (même une augmentation modérée pendant la tubérisation) peut inhiber la formation des tubercules, entraînant de graves pertes de rendement et une réduction de la qualité interne et externe. Le phénomène de « heat sprout » est assez courant lorsque les tubercules immatures sont exposés à des températures élevées, ce qui entraîne une diminution de la durée de vie des tubercules après la récolte (Zhang et al., 2021). D’autre part, les basses températures (inférieures à 0 °C) posent également un problème pour la culture, car elle est sensible au gel dans les premiers stades de développement. Outre les dommages causés par les basses températures en surface, les températures du sol inférieures à 0 °C entraînent une perte totale de rendement (Pino et al., 2007).

Malgré sa grande efficacité d’utilisation de l’eau (WUE), la pomme de terre est extrêmement sensible à la moindre limitation de l’eau, ce qui entraîne une réduction du rendement. La diminution des précipitations, qui est l’un des effets du changement climatique, limite la production dans les régions arides sans irrigation supplémentaire. Selon le moment et la durée, le stress de la sécheresse peut affecter le rendement de la pomme de terre de différentes manières. Pendant la phase végétative, la sécheresse peut affecter la photosynthèse et la croissance de la plante et provoquer une perte de feuilles. Plus tard, ce stress peut raccourcir le cycle de vie de la culture, en réduisant le nombre et la taille des tubercules produits ainsi que leur qualité (Nazir & Toth., 2022). En outre, les pommes de terre sont relativement sensibles au stress salin, surtout lorsqu’elles sont cultivées dans les régions côtières. Dans le même temps, les inondations, même de courte durée, peuvent causer des dommages importants aux plantes.

Pour répondre à ces demandes, les agriculteurs et les scientifiques ont essayé, pendant des siècles, d’améliorer les cultures de pommes de terre par le biais de la sélection.

La complexité de la génétique de la pomme de terre 

L’amélioration génétique des pommes de terre au cours du siècle dernier a été modeste, les anciennes variétés comme la Bintje et la Russet Bank restant largement cultivées. Le principal facteur limitant est la génétique complexe des pommes de terre, avec des niveaux de ploïdie différents d’une espèce à l’autre. La plupart des variétés cultivées possèdent quatre copies du nombre standard de 12 chromosomes (2n=4x=48) (tétraploïdes). Pour cette raison, la sélection d’une nouvelle variété-cultivar et l’ajout d’un caractère supplémentaire à l’aide des techniques traditionnelles prennent entre 15 et 20 ans.

Qu’est-ce que la sélection d’hybrides de pomme de terre ?

Quels sont les hybrides de pomme de terre ? 

Ces dernières années, les scientifiques ont expérimenté la sélection de pommes de terre hybrides afin de simplifier et d’accélérer la création de nouvelles variétés de pommes de terre, avec de nombreux résultats prometteurs. La révolution consiste à rendre les pommes de terre diploïdes (ayant seulement 2 copies de chromosomes comme les tomates) et auto-compatibles. Cela permet d’introduire un nouveau trait (caractère) en seulement 3 ou 4 ans. À ce stade, il est important de préciser que les hybrides de pommes de terre ne sont en aucun cas des organismes génétiquement modifiés.

Cette révolution s’accompagne d’un autre grand changement. Comme beaucoup d’autres légumes populaires, les pommes de terre hybrides peuvent se reproduire en utilisant à la fois les tubercules (semences de pommes de terre) et les semences botaniques (semences de pommes de terre véritables) produites par voie sexuée. 

La clé de la sélection hybride était un gène spécifique appelé « Sli », qui était responsable de la restauration de l’autocompatibilité des plants de pommes de terre (Eggers et al., 2021). Cela signifie que les plants de pommes de terre possédant ce gène peuvent s’autopolliniser et produire des graines.

Les pommes de terre hybrides ouvrent la porte à l’introduction plus facile de divers gènes d’intérêt, visant à améliorer la tolérance des plantes aux stress abiotiques. L’un de ces gènes est le StFLORE sur lequel l’équipe de Christian Bachem de l’université de Wageningen s’est récemment penchée (Gonzales et al., 2021). D’après des expériences en laboratoire, les plantes porteuses de ce gène ont non seulement poussé plus rapidement, mais elles étaient également plus robustes que les plantes ordinaires, même en cas de stress dû à la sécheresse. Les plants de pommes de terre porteurs du gène StFLORE avaient également un meilleur système racinaire souterrain.

Le développement de pommes de terre tolérantes au stress au « microscope » du projet ADAPT

La nécessité d’élucider les gènes à l’origine de la tolérance au stress des plants de pommes de terre a conduit 10 institutions de recherche universitaires de premier plan, 4 sélectionneurs de pommes de terre, un développeur de technologies de criblage, une association européenne à but non lucratif et une agence gouvernementale à créer le consortium ADAPT (Accelerated Development of multiple-stress tolerAnt PoTato). Ce projet européen de 5 ans (lancé en 2020) vise à développer de nouvelles stratégies pour adapter les pommes de terre aux conditions climatiques difficiles de l’avenir, comme les stress combinés de chaleur et de sécheresse, y compris les événements d’inondation résultant de fortes précipitations. La grande pertinence pratique du projet devrait profiter aux sélectionneurs, aux agriculteurs et aux consommateurs.

Nous avons la chance d’avoir accès et d’utiliser de nombreuses technologies permettant un phénotypage très précis de nos plantes. Parmi les technologies de pointe du Netherlands Plant Eco-Phenotyping Centre (NPEC) que nous utilisons, citons le TraitSeeker et trois drones équipés de caméras couleur, thermiques, 3D (LIDAR) et hyperspectrales, qui permettent de réaliser un phénotypage détaillé et d’évaluer les performances des cultures (phénotypage approfondi).

Les avantages de l’utilisation de pommes de terre hybrides et de semences de pommes de terre véritables (TPS)

Bien qu’il n’y ait pas encore de variétés de pommes de terre hybrides disponibles sur le marché, les scientifiques prévoient de commercialiser les premières variétés en 2024. La technologie de sélection hybride ouvrira la voie à la création de nouvelles variétés de pommes de terre améliorées, résistantes à d’importantes maladies de la pomme de terre, plus efficaces dans l’utilisation de l’azote et de l’eau, et présentant des caractéristiques de qualité supérieures. Cela aidera les agriculteurs à faire face aux effets du changement climatique et à cultiver de manière plus durable, en réduisant l’utilisation de produits phytochimiques.

Les pommes de terre hybrides peuvent être multipliées en utilisant les semences de pommes de terre véritables (TPS) produites par les baies des plantes (au-dessus des sols) au lieu des tubercules (semences de pommes de terre) que tous les agriculteurs utilisent actuellement. Selon la variété de pomme de terre, un plant peut produire de 5 à 50 baies, chacune contenant de 50 à 150 graines. Ces graines sont minuscules, encore plus petites que les graines de tomate, et seulement 25 grammes de TPS (62 500 graines) seront nécessaires au lieu de 2 500 kilos de tubercules de pommes de terre pour planter un champ d’un hectare. 

Le transport et la manutention des pommes de terre de semence (tubercules) sont les opérations les plus difficiles et les plus énergivores en raison de la grande taille du matériel de multiplication et de sa sensibilité. En revanche, le TPS peut être facilement transporté, ce qui réduit l’empreinte carbone du système de production. Dans le même temps, il peut être stocké pendant des périodes beaucoup plus longues sans qu’il soit nécessaire de disposer d’installations de stockage spéciales. Un autre avantage important pour les agriculteurs est que ce matériel de propagation (TPS) est propre et exempt de maladies.

Si les hybrides de pomme de terre et les semences de pommes de terre véritables constituent un atout majeur pour tous les cultivateurs de pommes de terre dans le monde, ils auront un impact positif encore plus important dans les pays à revenu faible ou intermédiaire (en particulier en Afrique subsaharienne), en simplifiant le transport et le stockage et en les rendant plus sûrs pour des périodes plus longues. Toutefois, cela nécessitera de modifier la manière dont les producteurs de pommes de terre sèment et traitent leurs cultures. Il existe en fait toute une série d’options pour passer au TPS :

1. Semer les graines directement dans le champ,
2. la pré-culture en pépinière suivie d’une plantation en plein champ et
3. la culture de plants la première année pour produire des pommes de terre de consommation distribuables. C’est probablement ce dernier système qui sera choisi, car il n’oblige pas l’agriculteur à se rééquiper.

Cet article a été créé sur la base de la présentation du Dr. Bachem dans le webinaire en ligne : Climate-Smart Agriculture.

Références

Eggers EJ, van der Burgt A, van Heusden SAW, de Vries ME, Visser RGF, Bachem CWB, Lindhout P. Neofunctionalisation of the Sli gene leads to self-compatibility and facilitates precision breeding in potato. Nat Commun. 2021 Jul 6;12(1):4141. doi: 10.1038/s41467-021-24267-6. PMID: 34230471; PMCID: PMC8260583.

Hancock R, Morris W, Ducreux L, Morris J, Usman M, Verrall S, et al. Physiological, biochemical and molecular responses of the potato (Solanum tuberosum L.) plant to moderately elevated temperature. Plant Cell Environ 2014; 37(2):439-50

Nasir, M. W., & Toth, Z. (2022). Effect of drought stress on potato production: A review. Agronomy, 12(3), 635.

Pino, M.-T.; Skinner, J.S.; Park, E.-J.; Jeknić, Z.; Hayes, P.M.; Thomashow, M.F.; Chen, T.H. Use of a Stress Inducible Promoter to Drive Ectopic AtCBF Expression Improves Potato Freezing Tolerance While Minimizing Negative Effects on Tuber Yield. Plant Biotechnol. J. 2007, 5, 591–604

Ramírez Gonzales L, Shi L, Bergonzi SB, Oortwijn M, Franco-Zorrilla JM, Solano-Tavira R, Visser RGF, Abelenda JA, Bachem CWB. Potato CYCLING DOF FACTOR 1 and its lncRNA counterpart StFLORE link tuber development and drought response. Plant J. 2021 Feb;105(4):855-869. doi: 10.1111/tpj.15093. Epub 2021 Feb 11. PMID: 33220113; PMCID: PMC7985872.

Zhang, G., Tang, R., Niu, S. et al. Heat-stress-induced sprouting and differential gene expression in growing potato tubers: Comparative transcriptomics with that induced by postharvest sprouting. Hortic Res 8, 226 (2021). https://doi.org/10.1038/s41438-021-00680-2

https://www.solynta.com/about-solynta/

https://www.youtube.com/watch?v=k-Yp999m3SI&t=695s

https://potatocongress.org/wp-content/

https://www.nlfoodpartnership.com/documents/154/Conference_report_final_.pdf

FAO (2014) FAO statistical databases FAOSTAT. http://faostat3.fao.org