Interaction génotype x milieu

De Les Mots de l'agronomie.

Auteur : Maryse Brancourt-Hulmel

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Anglais : Genotype x environment interaction
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Article accepté le 23 avril 2014
Article mis en ligne le 23 avril 2014


Définition

L’interaction génotype x milieu (ou interactions génotype x milieu) fait référence à la performance de plusieurs génotypes lorsqu’ils sont cultivés dans différentes conditions de milieu. Le génotype peut correspondre à du matériel végétal commercialisé, c'est-à-dire une variété ou cultivar, ou bien à du matériel végétal en cours de sélection. Le milieu désigne le milieu naturel, sa fertilité en général, ses aptitudes culturales particulières ou plus précisément certaines contraintes ou conditions pédoclimatiques. La performance est sujette à des variations d’un milieu à un autre ou d’un génotype à un autre, d’où le terme d’interaction génotype x milieu.

Convention d’écriture : on peut rencontrer indifféremment interaction génotype x milieu, au singulier comme au pluriel, ou interaction génotype x environnement qui correspond à la traduction de l’anglais « genotype x environment interaction ». On rencontre aussi parfois interaction x génotype x environnement x technique culturale. Dans le premier cas, le milieu (ou environnement) est pris au sens large et englobe les techniques culturales tandis que dans le second, il est pris au sens strict et fait référence à une condition pédoclimatique.


L’absence et la présence des interactions génotype milieu peuvent s’illustrer à partir des graphiques suivants où la performance de 4 génotypes est représentée dans 2 milieux.

Illustrations de l’interaction génotype x milieu, d’après Allard & Bradshaw, 1964.

Le graphique a) illustre l’absence d’interaction génotype x milieu. La différence de performance entre les deux génotypes comparés est la même d’un milieu à un autre. Les graphiques b) et c) illustrent la présence d’interaction : quantitative avec variation de grandeur pour b) et qualitative avec inversion de classement pour c).


Des observations anciennes, un concept récent

Le concept d’interactions génotype x milieu est récent, XXe siècle. Il concerne, rappelons-le, différents génotypes à l'intérieur d'une même espèce. Peut-on lui faire correspondre les observations, très anciennes (dès l'Antiquité), suivant lesquelles différentes plantes ou sortes de plantes ne réagissent pas de la même façon à diverses conditions ou actions ? Oui, sans doute, dans le cas d'espèces qui ont toujours été bien individualisées, comme l’olivier ou la vigne. Mais évidemment pas dans celui des "blés" (latin frumenta), à des époques où les notions de genre, espèce, variété n'avaient pas encore été distinguées et où régnait à ce sujet la plus grande confusion.


Les choses changent à partir du XVIIIe siècle avec, entre autres, la classification linnéenne. On peut alors dire à coup sûr que des observations, ou recommandations, correspondent à des interactions génotype x milieu. Par exemple, en 1787, dans son mémoire sur la culture de la pomme de terre en 1787, Parmentier notait qu’il fallait « fixer d’une manière irrévocable celles qui conviennent à chaque terroir, à chaque exposition, à chaque climat ». Il faut cependant attendre le XXe siècle pour que l’étude des interactions génotype x milieu soit menée pour la première fois sous forme d’un modèle statistique (Yates et Cochran, 1938). Les auteurs souhaitaient comparer empiriquement les réponses des différentes variétés aux potentialités des milieux. Aujourd’hui, le concept s’est élargi en intégrant les pratiques culturales (interaction x génotype x environnement x technique culturale) : la réduction de l'usage d'intrants chimiques, par exemple, souhaitée par beaucoup de gens et déjà commencée, conduit à un autre classement des variétés que celui qui est pratiqué en conditions très intensives...


Les stratégies d’évaluation

On ne peut pas dire dans l'absolu qu'une variété est meilleure qu'une autre : cela dépend des techniques et des conditions de milieu naturel.L’existence de ces interactions génotype x milieu peut avoir des conséquences tant pour les sélectionneurs (et l'inscription au catalogue des variétés) que pour les agriculteurs et les conseillers. Ils doivent en effet adapter leur stratégie selon que les milieux sont plus ou moins fertiles (teneur en éléments minéraux, etc.), les conditions climatiques plus ou moins favorables (gel hivernal, froid printanier, chaleur estivale, etc.) ou les pressions de maladies plus ou moins élevées. Cela les conduit à sélectionner et expérimenter non seulement pour des milieux favorables mais aussi pour des milieux défavorables. Leur stratégie peut être multiple : rechercher le plus haut potentiel dans des conditions intensives comme dans des conditions difficiles ou au contraire, rechercher des variétés spécifiquement adaptées aux milieux favorables ou aux milieux défavorables.


A quoi sert l’évaluation de l’interaction génotype x milieu ?

L’évaluation des interactions génotype x milieu permet de juger de la stabilité du comportement du matériel végétal dans différentes conditions de milieux. Elle permet aussi d’apprécier l’adaptation du matériel végétal à différentes conditions de milieux.

On distingue l’adaptation spécifique et l’adaptation générale (Gallais, 1992). La première est l'adaptation à des milieux spécifiques. Elle pourra être obtenue pour des stress particuliers, observés en l’occurrence dans des milieux particuliers : citons, par exemple, l’adaptation du maïs à des froids printaniers dans les régions françaises septentrionales, l’adaptation du blé tendre d’hiver à une faible disponibilité en azote, etc. L’adaptation générale, parfois appelée adaptabilité, vise au contraire une adaptation à des conditions de milieux diverses. Elle est conférée par une adaptation simultanée à un ensemble de contraintes du milieu, telles que le froid, la sécheresse, le manque d’eau, le manque ou l’excès d’azote, les maladies, etc. C’est en quelque sorte une somme d’adaptations spécifiques.


Des essais multilocaux et pluriannuels pour évaluer différentes performances

La performance évaluée peut correspondre à différentes variables qu’on peut mesurer ou quantifier telles que la production en grains d’une culture (rendement en grain), la matière sèche aérienne de la plante (biomasse aérienne), la hauteur d’une plante ou d’une culture…

En juger justifie une multitude d'essais dits multilocaux (en plusieurs lieux) et pluriannuels (sur plusieurs années), qui permettent d’intégrer les conditions de milieux plus ou moins favorables telles que celles précitées. Les essais multilocaux permettent de juger la stabilité de la performance dans l’espace tandis que les essais pluriannuels évaluent la performance dans le temps. Très souvent, l’évaluation est très lourde car les essais sont à la fois multilocaux et pluriannuels afin de prendre en compte ces deux composantes de la stabilité.


Quels domaines d’activité concernés par l’évaluation de l’interaction génotype x milieu en agriculture ?

Parmi les domaines d’activité qui requièrent des analyses d’interaction génotype x milieu en agriculture, on peut citer :

  • - le conseil agricole (instituts techniques, chambres d’agriculture…) pour la recommandation ou préconisation des variétés auprès des agriculteurs ;
  • - la sélection des variétés pour créer du matériel végétal stable et/ou adapté à certaines conditions de milieux ;
  • - l’inscription des sélections végétales au catalogue officiel avant leur commercialisation ;


Quelques méthodes statistiques pour évaluer l’interaction génotype x milieu

L’interaction génotype x milieu s’évalue à travers différentes méthodes statistiques (voir par exemple Denis & Vincourt, 1982 ; Brancourt-Hulmel et al., 1997). Les plus simples sont basées sur le calcul de rangs et permettent d’évaluer des interactions de type qualitatif. D’autres méthodes sont plus complexes et font appel à des modèles statistiques variés qui permettent, entre autres, d’évaluer l’adaptation : l’adaptation générale à un ensemble de milieux pourra être mesurée, par exemple, à l’aide de la régression conjointe (Yates & Cochran, 1938 ; Finlay & Wilkinson, 1963), tandis que l’adaptation spécifique à certaines conditions de milieux pourra faire appel à des modèles statistiques de complexité croissante : régression conjointe, régression factorielle (Denis, 1980, 1988), voire régression factorielle additive (Denis, 1991).

Pour en savoir plus

Voir par exemple :

  • Gallais A., 1992. Adapatation et adaptabilité en amélioration des plantes. Sélectionneur français, 42 : 55-57.
  • Gauch H.G., 1992. Statistical analysis of regional yield trials: AMMI analysis of factorial designs. Elsevier Science, Amsterdam.
  • Kang M.S., 1998. Using genotype-by-environment interaction for crop cultivar development. In: Sparks, D.L. (ed.), Advances in Agronomy, vol 62 : 199-252.
  • Romagosa I., Fox P.N., 1993. Genotype x environment interaction and adaptation. In: Hayward, M.D., Bosemark, N.O., Romagosa, I. (eds.), Plant Breeding: Principles and Prospects. Chapman & Hall, London : 373-390.


Références citées

  • Allard R.W., Bradshaw A.D., 1964. Implications of genotype-environment interactions in plant breeding. Crop science, 4 : 503-508.
  • Brancourt-Hulmel M., Biarnes-Dumoulin V., Denis J.B., 1997. Points de repère dans l'analyse de la stabilité et de l'interaction génotype x milieu en amélioration des plantes. Agronomie, 17 : 219-246. Texte intégral sur hal.archives ouvertes.
  • Denis J.-B., Vincourt P., 1982. Panorama des méthodes statistiques d'analyse des interactions génotype x milieu. Agronomie, 2 : 219-230. Texte intégral sur hal.archives ouvertes.
  • Denis J.B., 1980. Analyse de régression factorielle. Biom. Praxim., 20 : 1-34.
  • Denis J.B., 1988. Two Way Analysis Using Covariates. Stat., 19 : 123-132.Résumé et accès payant au texte intégral sur le site de Taylor & Francis.
  • Denis J.B., 1991. Ajustements de modèles linéaires et bilinéaires sous contraintes linéaires avec données manquantes. Rev. Stat. Appl., 34 : 5-24. Texte intégral sur le site de The European Digital Mathematics Library.
  • Finlay K.W., Wilkinson G.N., 1963. The analysis of adaptation in a plant-breeding program. Aust. J. Agric. Res., 14 : 742-754.
  • Gallais A., 1992. Adapatation et adaptabilité en amélioration des plantes. Sélectionneur français, 42 : 55-57.
  • Parmentier, 1787. Mémoire sur la culture des Pommes de terre... Mémoires de la Société Royale d’Agriculture de Paris, année 1787, trimestre de printemps, p. 167-173.Texte intégral sur Gallica.
  • Yates F., Cochran W.G., 1938. The analysis of groups of experiments. J. Agric. Sci., 28 : 556-580.
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