# Adaptation, atténuation, diversification : de la génétique végétale pour l'agroécologie

Timothée Flutre

► To cite this version:

Timothée Flutre. Adaptation, atténuation, diversification : de la génétique végétale pour l'agroécologie. École d'ingénieur. AgroParisTech, 22 place de l'Agronomie, 91120 Palaiseau, France. 2024, pp.78. hal-04592709

HAL Id: hal-04592709

https://hal.inrae.fr/hal-04592709

Submitted on 29 May 2024

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.

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# Adaptation, atténuation, diversification : de la génétique végétale pour l'agroécologie

Timothée Flutre

► To cite this version:

Timothée Flutre. Adaptation, atténuation, diversification : de la génétique végétale pour l'agroécologie. École d'ingénieur. AgroParisTech, 22 place de l'Agronomie, 91120 Palaiseau, France. 2024, pp.78. hal-04592709

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# Adaptation, atténuation, diversification : de la génétique végétale pour l'agroécologie

Timothée Flutre

Unité Génétique Quantitative et Évolution
Université Paris-Saclay — INRAE — CNRS — AgroParisTech
IDEEV, 91190 Gif-sur-Yvette

28/05/2024
# Adaptation, atténuation, diversification : de la génétique végétale pour l'agroécologie

Timothée Flutre

Unité Génétique Quantitative et Évolution
Université Paris-Saclay — INRAE — CNRS — AgroParisTech
IDEEV, 91190 Gif-sur-Yvette

28/05/2024
# Plan

- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
# Plan

- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
## Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
## Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
Pourquoi êtes vous venu.e.s ?
Pourquoi êtes vous venu.e.s ?
Le scientifique fait de la recherche-action en ce sens qu'il
recherche des financements, qu'il construit, qu'il essaye de
convaincre les autorités [...], qu'il fait des conférences aux
particuliers [...], tout cela en même temps que sa recherche
[...].

Latour (1997)
Le scientifique fait de la recherche-action en ce sens qu'il
recherche des financements, qu'il construit, qu'il essaye de
convaincre les autorités [...], qu'il fait des conférences aux
particuliers [...], tout cela en même temps que sa recherche
[...].

Latour (1997)
D'où je parle

étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université
D'où je parle

étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université
étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

. thèse en bioinformatique à l'Inra
étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

. thèse en bioinformatique à l'Inra
- étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

- thèse en bioinformatique à l'Inra

- post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago
. étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

. thèse en bioinformatique à l'Inra

. post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago
D'où je parle

. étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

. thèse en bioinformatique à l'Inra

. post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago

. chercheur Inra Montpellier en génétique quantitative sur la vigne
- étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

- thèse en bioinformatique à l'Inra

- post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago

- chercheur Inra Montpellier en génétique quantitative sur la vigne
étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

thèse en bioinformatique à l'Inra

post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago

chercheur Inra Montpellier en génétique quantitative sur la vigne

maintenant à Saclay sur la diversification intra-parcelle et le blé
étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

thèse en bioinformatique à l'Inra

post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago

chercheur Inra Montpellier en génétique quantitative sur la vigne

maintenant à Saclay sur la diversification intra-parcelle et le blé
étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

thèse en bioinformatique à l'Inra

post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago

chercheur Inra Montpellier en génétique quantitative sur la vigne

maintenant à Saclay sur la diversification intra-parcelle et le blé

► point d'arrivée proche du point de départ...

► mais situation actuelle pas du tout imaginée au début !
étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

thèse en bioinformatique à l'Inra

post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago

chercheur Inra Montpellier en génétique quantitative sur la vigne

maintenant à Saclay sur la diversification intra-parcelle et le blé

► point d'arrivée proche du point de départ...

► mais situation actuelle pas du tout imaginée au début !
D'où je parle

étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

thèse en bioinformatique à l'Inra

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chercheur Inra Montpellier en génétique quantitative sur la vigne

maintenant à Saclay sur la diversification intra-parcelle et le blé

* point d'arrivée proche du point de départ...

* mais situation actuelle pas du tout imaginée au début !

Cette présentation est donc mon interprétation personnelle, influencée par des lectures et discussions, des mécanismes principaux, des enjeux prioritaires et des stratégies pertinentes.
étudiant Agro dont césure et M2 interdisciplinaire à l'université

thèse en bioinformatique à l'Inra

post-doc en génétique statistique sur l'humain à Chicago

chercheur Inra Montpellier en génétique quantitative sur la vigne

maintenant à Saclay sur la diversification intra-parcelle et le blé

* point d'arrivée proche du point de départ...

* mais situation actuelle pas du tout imaginée au début !

Cette présentation est donc mon interprétation personnelle, influencée par des lectures et discussions, des mécanismes principaux, des enjeux prioritaires et des stratégies pertinentes.
## Objectif de cette présentation

* S'intéresser à la génétique (discipline scientifique), est-ce pertinent pour l'agroécologie ?

* La sélection artificielle (domaine d'application) peut-elle contribuer à la transition agroécologique ?
Objectif de cette présentation

► S'intéresser à la génétique (discipline scientifique), est-ce pertinent pour l'agroécologie ?

► La sélection artificielle (domaine d'application) peut-elle contribuer à la transition agroécologique ?
## Objectif de cette présentation

* S'intéresser à la génétique (discipline scientifique), est-ce pertinent pour l'agroécologie ?

* La sélection artificielle (domaine d'application) peut-elle contribuer à la transition agroécologique ?

Conseil : concentrez-vous sur les **messages dans les titres** des (nombreuses) diapos, le contenu des diapos fournissant des justifications sources à regarder plus tard.
## Objectif de cette présentation

* S'intéresser à la génétique (discipline scientifique), est-ce pertinent pour l'agroécologie ?

* La sélection artificielle (domaine d'application) peut-elle contribuer à la transition agroécologique ?

Conseil : concentrez-vous sur les **messages dans les titres** des (nombreuses) diapos, le contenu des diapos fournissant des justifications sources à regarder plus tard.
# Plan

Meta

## Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
# Plan

Meta

## Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
# Définition juridique des activités agricoles

Sont réputées agricoles toutes les activités correspondant à la maîtrise et à l'exploitation d'un cycle biologique de caractère végétal ou animal et constituant une ou plusieurs étapes nécessaires au déroulement de ce cycle ainsi que les activités exercées par un exploitant agricole qui sont dans le prolongement de l'acte de production ou qui ont pour support l'exploitation.

Article L311-1 du Code rural au 22 mai 2019
# Définition juridique des activités agricoles

Sont réputées agricoles toutes les activités correspondant à la maîtrise et à l'exploitation d'un cycle biologique de caractère végétal ou animal et constituant une ou plusieurs étapes nécessaires au déroulement de ce cycle ainsi que les activités exercées par un exploitant agricole qui sont dans le prolongement de l'acte de production ou qui ont pour support l'exploitation.

Article L311-1 du Code rural au 22 mai 2019
# Notion centrale de **risque**

Veyret et Reghezza (2005) :

$$ \text{Risque} = \text{Aléa} \times \text{Vunérabilité} $$

* Aléa : possibilité que se produise un événement impliquant une perturbation de l'équilibre d'un milieu

* Vulnérabilité : mesure dans laquelle un système socio-spatial risque d'être affecté par les effets d'un aléa

⇒ si aléa ↗, besoin de vulnérabilité ↘ pour risque ≈
# Notion centrale de **risque**

Veyret et Reghezza (2005) :

$$ \text{Risque} = \text{Aléa} \times \text{Vunérabilité} $$

* Aléa : possibilité que se produise un événement impliquant une perturbation de l'équilibre d'un milieu

* Vulnérabilité : mesure dans laquelle un système socio-spatial risque d'être affecté par les effets d'un aléa

⇒ si aléa ↗, besoin de vulnérabilité ↘ pour risque ≈
In the agricultural sector, [...] uncertainty and risk stem
from a multitude of factors such as hazards related to
weather, pests and diseases, or changes in both market
conditions and the policy context in which farmers ope-
rate and trade.

Iyer et coll. (2020)
In the agricultural sector, [...] uncertainty and risk stem
from a multitude of factors such as hazards related to
weather, pests and diseases, or changes in both market
conditions and the policy context in which farmers ope-
rate and trade.

Iyer et coll. (2020)
# Définition biologique de l'agriculture

A system of cultivating *domesticated* plants and practicing animal husbandry to obtain *food, resources*, and other services.

Purugganan (2022)
# Définition biologique de l'agriculture

A system of cultivating *domesticated* plants and practicing animal husbandry to obtain *food, resources*, and other services.

Purugganan (2022)
Domestication : un processus de co-évolution

Coevolutionary process that arises from a **mutualism**, in which one species (the domesticator) constructs an **environment** where it actively manages both the **survival and reproduction** of another species (the domesticate) in order to provide the former with resources and/or services.

Purugganan (2022)
Domestication : un processus de co-évolution

Coevolutionary process that arises from a *mutualism*, in which one species (the domesticator) constructs an environment where it actively manages both the *survival and reproduction* of another species (the domesticate) in order to provide the former with resources and/or services.

Purugganan (2022)
# Domestication : un processus de co-évolution

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

Purugganan (2022)
# Domestication : un processus de co-évolution

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

Purugganan (2022)
# Notions d'écologie et d'évolution

* Mutualisme : interaction écologique entre des espèces où chaque espèce tire un bénéfice net
# Notions d'écologie et d'évolution

* Mutualisme : interaction écologique entre des espèces où chaque espèce tire un bénéfice net
Notions d'écologie et d'évolution

► Mutualisme : interaction écologique entre des espèces où chaque espèce tire un bénéfice net

► Construction de niche : processus par lequel un organisme modifie son propre environnement (ou celui d'un autre organisme), souvent à son avantage et pouvant conduire à des changements évolutifs
Notions d'écologie et d'évolution

► Mutualisme : interaction écologique entre des espèces où chaque espèce tire un bénéfice net

► Construction de niche : processus par lequel un organisme modifie son propre environnement (ou celui d'un autre organisme), souvent à son avantage et pouvant conduire à des changements évolutifs
# Notions d'écologie et d'évolution

* **Mutualisme** : interaction écologique entre des espèces où chaque espèce tire un bénéfice net

* **Construction de niche** : processus par lequel un organisme modifie son propre environnement (ou celui d'un autre organisme), souvent à son avantage et pouvant conduire à des changements évolutifs

* **Valeur sélective (fitness)** : propension à avoir du succès évolutif ; composantes = survie et reproduction
# Notions d'écologie et d'évolution

* Mutualisme : interaction écologique entre des espèces où chaque espèce tire un bénéfice net

* Construction de niche : processus par lequel un organisme modifie son propre environnement (ou celui d'un autre organisme), souvent à son avantage et pouvant conduire à des changements évolutifs

* Valeur sélective (fitness) : propension à avoir du succès évolutif; composantes = survie et reproduction
# Domestication humaine

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

Alam et Purugganan (2024)
# Domestication humaine

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

Alam et Purugganan (2024)
<figure><img src="image_4.png" /></figure>

Balter (2007)
## INDEPENDENT CENTERS OF DOMESTICATION

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

Balter (2007)
Minimiser le risque du manque de ressources

Certains (ex. Zeder, 2015) attribue à la domestication le but de
fournir des ressource à l'espèce domesticatrice de manière plus
prédictible.
Certains (ex. Zeder, 2015) attribute to the domestication of butchery of animals as a resource to the domesticatrice de manière plus prédicible.
Certains (ex. Zeder, 2015) attribue à la domestication le but de **fournir des ressources à l'espèce domesticatrice de manière plus prédictible**.

*Prediction is very difficult, especially about the future.*

Bohr
Certains (ex. Zeder, 2015) attribue à la domestication le but de **fournir des ressources à l'espèce domesticatrice de manière plus prédictible**.

*Prediction is very difficult, especially about the future.*

Bohr
Minimiser le risque du manque de ressources

Certains (ex. Zeder, 2015) attribue à la domestication le but de **fournir** des ressources à l'espèce domesticatrice **de manière plus prédictible**.

*Prediction is very difficult, especially about the future.*

Bohr

⇒ Développement de comportements / pratiques pour améliorer la productivité et sa prédictibilité
Minimiser le risque du manque de ressources

Certains (ex. Zeder, 2015) attribue à la domestication le but de **fournir** des ressources à l'espèce domesticatrice **de manière plus prédictible**.

*Prediction is very difficult, especially about the future.*

Bohr

⇒ Développement de comportements / pratiques pour améliorer la productivité et sa prédictibilité
# Comportements d'espèces agricultrices

<table><caption>TABLE 1 Agricultural behaviors of farming ants, termites, beetles, and humans</caption><thead><tr><th rowspan="2">Agricultural behavior</th><th colspan="4">Agriculture in:</th></tr><tr><th>Attine ants</th><th>Macrotermitine termites</th><th>Xyleborine ambrosia beetles</th><th>Humans</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dependency on crop for food</td><td>Obligate</td><td>Obligate</td><td>Obligate</td><td>Facultative</td></tr><tr><td>Engineering of optimal growth conditions for crop (e.g., substrate preparation; moisture or humidity regulation)</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Planting of crop on improved substrate</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Intensive, continuous monitoring of growth and disease status of all crops</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Absent</td></tr><tr><td>Sustainable harvesting of crop for food</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Protection of crop from diseases and consumers</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Weeding of alien organisms invading the garden</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Present</td></tr><tr><td>Use of chemical herbicides to combat pests</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Unknown</td><td>Present</td></tr><tr><td>Use of microbial symbionts for nutrient procurement for the crop</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Unknown</td><td>Present</td></tr><tr><td>Use of disease-suppressant microbes for biological pest control</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Unknown</td><td>Absent<sup>1</sup></td></tr><tr><td>Sociality</td><td>Strictly eusocial</td><td>Strictly eusocial</td><td>Subsocial or communal<sup>2</sup></td><td>Social</td></tr><tr><td>Task partitioning in agricultural processes</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Application of artificial selection for crop improvement</td><td>Unknown, but ants exert symbiont choice</td><td>Unknown</td><td>Unknown</td><td>Present</td></tr><tr><td>Learning and cultural transmission of agricultural innovations</td><td>Absent</td><td>Absent</td><td>Absent</td><td>Present</td></tr></tbody></table>

Mueller et coll. (2005)
# Comportements d'espèces agricultrices

<table><caption>TABLE 1 Agricultural behaviors of farming ants, termites, beetles, and humans</caption><thead><tr><th rowspan="2">Agricultural behavior</th><th colspan="4">Agriculture in:</th></tr><tr><th>Attine ants</th><th>Macrotermitine termites</th><th>Xyleborine ambrosia beetles</th><th>Humans</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dependency on crop for food</td><td>Obligate</td><td>Obligate</td><td>Obligate</td><td>Facultative</td></tr><tr><td>Engineering of optimal growth conditions for crop (e.g., substrate preparation; moisture or humidity regulation)</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Planting of crop on improved substrate</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Intensive, continuous monitoring of growth and disease status of all crops</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Absent</td></tr><tr><td>Sustainable harvesting of crop for food</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Protection of crop from diseases and consumers</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Weeding of alien organisms invading the garden</td><td>Present</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Present</td></tr><tr><td>Use of chemical herbicides to combat pests</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Unknown</td><td>Present</td></tr><tr><td>Use of microbial symbionts for nutrient procurement for the crop</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Unknown</td><td>Present</td></tr><tr><td>Use of disease-suppressant microbes for biological pest control</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Unknown</td><td>Absent<sup>1</sup></td></tr><tr><td>Sociality</td><td>Strictly eusocial</td><td>Strictly eusocial</td><td>Subsocial or communal<sup>2</sup></td><td>Social</td></tr><tr><td>Task partitioning in agricultural processes</td><td>Present</td><td>Unknown</td><td>Present</td><td>Present</td></tr><tr><td>Application of artificial selection for crop improvement</td><td>Unknown, but ants exert symbiont choice</td><td>Unknown</td><td>Unknown</td><td>Present</td></tr><tr><td>Learning and cultural transmission of agricultural innovations</td><td>Absent</td><td>Absent</td><td>Absent</td><td>Present</td></tr></tbody></table>

Mueller et coll. (2005)
Agriculture anglaise médiévale

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>1310
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reeve_and_Serfs.jpg</figcaption></figure>
Agriculture anglaise médiévale

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>1310
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reeve_and_Serfs.jpg</figcaption></figure>
Agriculture anglaise médiévale

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plan_mediaeval_manor.jpg
Agriculture anglaise médiévale

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plan_mediaeval_manor.jpg
# Agriculture anglaise médiévale

<table><caption>TABLE 4. Cereal production that could be supported by the phosphorus transported by one sheep in a year ( = 254 g)</caption><thead><tr><th></th><th>Peas, beans</th><th>Wheat</th><th>Rye</th><th>Barley</th><th>Oats</th></tr></thead><tbody><tr><td>Concentration of P in grain (g/kg)</td><td>4.0</td><td>3.6</td><td>3.1</td><td>3.1</td><td>3.6</td></tr><tr><td>Weight: volume (kg per bushel)<sup>a</sup></td><td>25.1</td><td>23.9</td><td>22.9</td><td>20.5</td><td>16.0</td></tr><tr><td>Amount of grain containing 254 g of P (= grain supported by one sheep)</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>weight (kg)<sup>b</sup></td><td>63.4</td><td>70.4</td><td>81.8</td><td>81.8</td><td>70.4</td></tr><tr><td>volume (bushels)<sup>c</sup></td><td>3.0</td><td>3.5</td><td>4.2</td><td>4.7</td><td>5.2</td></tr></tbody></table>

Newman (2002)
# Agriculture anglaise médiévale

<table><caption>TABLE 4. Cereal production that could be supported by the phosphorus transported by one sheep in a year ( = 254 g)</caption><thead><tr><th></th><th>Peas, beans</th><th>Wheat</th><th>Rye</th><th>Barley</th><th>Oats</th></tr></thead><tbody><tr><td>Concentration of P in grain (g/kg)</td><td>4.0</td><td>3.6</td><td>3.1</td><td>3.1</td><td>3.6</td></tr><tr><td>Weight: volume (kg per bushel)<sup>a</sup></td><td>25.1</td><td>23.9</td><td>22.9</td><td>20.5</td><td>16.0</td></tr><tr><td>Amount of grain containing 254 g of P (= grain supported by one sheep)</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>weight (kg)<sup>b</sup></td><td>63.4</td><td>70.4</td><td>81.8</td><td>81.8</td><td>70.4</td></tr><tr><td>volume (bushels)<sup>c</sup></td><td>3.0</td><td>3.5</td><td>4.2</td><td>4.7</td><td>5.2</td></tr></tbody></table>

Newman (2002)
Agriculture française en 1850

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Lhermitte (1882)</figcaption></figure>

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lhermitte_La_Paye_des_moissonneurs.jpg
Agriculture française en 1850

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Lhermitte (1882)</figcaption></figure>

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lhermitte_La_Paye_des_moissonneurs.jpg
# Agriculture française en 1850

Surface en blé (en %) :

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Heffer et coll. (1986)</figcaption></figure>

Rendement (en hl/ha) :

<figure><img src="image_9.png" /></figure>
# Agriculture française en 1850

Surface en blé (en %) :

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Heffer et coll. (1986)</figcaption></figure>

Rendement (en hl/ha) :

<figure><img src="image_9.png" /></figure>
# Révolution verte

## Production mondiale

Source : FAO

<figure><img src="image_10.png" /></figure>
# Révolution verte

## Production mondiale

Source : FAO

<figure><img src="image_10.png" /></figure>
## Surface mondiale récoltée

Source : FAO

<figure><img src="image_11.png" /></figure>
## Surface mondiale récoltée

Source : FAO

<figure><img src="image_11.png" /></figure>
Rendement médian

Source : FAO

<figure><img src="image_12.png" /></figure>
Rendement médian

Source : FAO

<figure><img src="image_12.png" /></figure>
# Mécanisation

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

UTA : Unité travailleur agricole, soit l'équivalent d'un travailleur à temps plein.

Mazoyer et Roudart (2002)
# Mécanisation

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

UTA : Unité travailleur agricole, soit l'équivalent d'un travailleur à temps plein.

Mazoyer et Roudart (2002)
Fertilisation, notamment azotée

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

Ladha et coll. (2016)
Fertilisation, notamment azotée

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

Ladha et coll. (2016)
# Pesticides

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Oerke (2006)</figcaption></figure>
# Pesticides

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

Oerke (2006)
<table><caption>Rice yields as a result of water control measures and the use of additional inputs</caption><thead><tr><th rowspan="2">Degree of water control</th><th rowspan="2">Use of input</th><th colspan="3">Rice yield (tons/ha)</th><th rowspan="2">Rice yield obtainable as average (tons/ha)</th></tr><tr><th>1971</th><th>1972</th><th>1973</th></tr></thead><tbody><tr><td>No water control (rainfed, uncontrolled flooding)</td><td>nil</td><td>1.2</td><td>1.2</td><td>1.3</td><td>1.2</td></tr><tr><td>Successive introduction of water control (a) elimination of floods</td><td>nil</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>(b) elimination of drought</td><td>low fertilizer application</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>(c) full water control (irrigation and drainage)</td><td>low fertilizer application</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>(d) sophisticated management practices (midseason drying)</td><td>high fertilizer use + improved seeds and pest control</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>experimental conditions</td><td>+ diversification, mechanization</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

Doorenbos (1975)
<table><caption>Rice yields as a result of water control measures and the use of additional inputs</caption><thead><tr><th rowspan="2">Degree of water control</th><th rowspan="2">Use of input</th><th colspan="3">Rice yield (tons/ha)</th><th rowspan="2">Rice yield obtainable as average (tons/ha)</th></tr><tr><th>1971</th><th>1972</th><th>1973</th></tr></thead><tbody><tr><td>No water control (rainfed, uncontrolled flooding)</td><td>nil</td><td>1.2</td><td>1.2</td><td>1.3</td><td>1.2</td></tr><tr><td>Successive introduction of water control (a) elimination of floods</td><td>nil</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>(b) elimination of drought</td><td>low fertilizer application</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>(c) full water control (irrigation and drainage)</td><td>low fertilizer application</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>(d) sophisticated management practices (midseason drying)</td><td>high fertilizer use + improved seeds and pest control</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>experimental conditions</td><td>diversification, mechanization</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

Doorenbos (1975)
# Variétés issues de programmes de sélection

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

Evenson et Gollin (2003)
# Variétés issues de programmes de sélection

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

Evenson et Gollin (2003)
# Rendement en céréales et population humaine

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

OurWorldinData.org (2023)
# Rendement en céréales et population humaine

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

OurWorldinData.org (2023)
Exemple de gain génétique réalisé

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

Duvick (2005)
Exemple de gain génétique réalisé

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

Duvick (2005)
- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
# Sélection massale

26

YOUATT ON SHEEP.

fatten, equalled by no other breed; a diminution in the proportion of offal, and the return of most money for the quantity of food consumed.

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>New Leicester Sheep.</figcaption></figure>

It was about the middle of the last century, that Mr. Bakewell of Dishley in Leicestershire first applied himself to the improvement of the breed.

Youatt (1854) à propos de Bakewell au XVIIIᵉ siècle
# Sélection massale

26

YOUATT ON SHEEP.

fatten, equalled by no other breed; a diminution in the proportion of offal, and the return of most money for the quantity of food consumed.

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>New Leicester Sheep.</figcaption></figure>

It was about the middle of the last century, that Mr. Bakewell of Dishley in Leicestershire first applied himself to the improvement of the breed.

Youatt (1854) à propos de Bakewell au XVIIIᵉ siècle
# Sélection massale

Vilmorin (1856) :

Le but que je me suis proposé était d'abord tout pratique : il s'agissait de créer une race de betteraves plus sucrées que celles que l'on cultive ordinairement, en choisissant pour porte-graines les racines les plus sucrées.

Ayant donc maintenant un moyen à la fois très-rapide et très-correct d'apprécier la densité du jus des racines sur lesquelles j'opère, j'ai pu aborder avec assurance l'étude de la question fondamentale de cette expérience : celle de la transmission héréditaire de la qualité sucrée.

on conçoit combien il était nécessaire de récolter séparément les graines de chaque plante ; cela m'a amené à posséder un état civil et une généalogie parfaitement correcte de toutes mes plantes depuis le commencement de l'expérience.
# Sélection massale

Vilmorin (1856) :

Le but que je me suis proposé était d'abord tout pratique : il s'agissait de créer une race de betteraves plus sucrées que celles que l'on cultive ordinairement, en choisissant pour porte-graines les racines les plus sucrées.

Ayant donc maintenant un moyen à la fois très-rapide et très-correct d'apprécier la densité du jus des racines sur lesquelles j'opère, j'ai pu aborder avec assurance l'étude de la question fondamentale de cette expérience : celle de la transmission héréditaire de la qualité sucrée.

on conçoit combien il était nécessaire de récolter séparément les graines de chaque plante ; cela m'a amené à posséder un état civil et une généalogie parfaitement correcte de toutes mes plantes depuis le commencement de l'expérience.
La sélection comme mécanisme évolutif majeur

Darwin (1859) :

[...] la nature fournit les variations successives, l'homme les accumule dans certaines directions qui lui sont utiles.
La sélection comme mécanisme évolutif majeur

Darwin (1859) :

[...] la nature fournit les variations successives, l'homme les accumule dans certaines directions qui lui sont utiles.
La sélection comme mécanisme évolutif majeur

Darwin (1859) :

[...] la nature fournit les variations successives, l'homme les accumule dans certaines directions qui lui sont utiles.

J'ai donné à ce principe, en vertu duquel une variation si insignifiante qu'elle soit se conserve et se perpétue, le nom de sélection naturelle.
La sélection comme mécanisme évolutif majeur

Darwin (1859) :

[...] la nature fournit les variations successives, l'homme les accumule dans certaines directions qui lui sont utiles.

J'ai donné à ce principe, en vertu duquel une variation si insignifiante qu'elle soit se conserve et se perpétue, le nom de sélection naturelle.
# Base de la variation discrète des caractères

Mendel (1865) :

* loi d'uniformité et de dominance (F1)

* loi de ségrégation (F2)

* loi d'indépendance (2 locus)

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

Scienca58 (2019)
# Base de la variation discrète des caractères

Mendel (1865) :

* loi d'uniformité et de dominance (F1)

* loi de ségrégation (F2)

* loi d'indépendance (2 locus)

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

Scienca58 (2019)
Distinction entre phénotype et génotype

► 2 lignées pures : $\bar{P}_1$ < $\bar{P}_2$

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Graphique de Churchill (1974) à partir des données de Johannsen (1909)</figcaption></figure>
# Distinction entre phénotype et géotype

► 2 lignées pures : $\bar{P}_1 < \bar{P}_2$

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Graphique de Churchill (1974) à partir des données de Johannsen (1909)</figcaption></figure>
Distinction entre phénotype et génotype

► 2 lignées pures : $\bar{P}_1 < \bar{P}_2$

► F1 : réponse à la sélection = 0
$var(P_{F1}) = var(E)$

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Graphique de Churchill (1974) à partir des données de Johannsen (1909)</figcaption></figure>
Distinction entre phénotype et génotype

► 2 lignées pures : $\bar{P}_1 < \bar{P}_2$

► F1 : réponse à la sélection = 0
$var(P_{F1}) = var(E)$

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Graphique de Churchill (1974) à partir des données de Johannsen (1909)</figcaption></figure>
# Distinction entre phénotype et génotype

* 2 lignées pures : $\bar{P}_1 < \bar{P}_2$

* F1 : réponse à la sélection = 0
  $var(P_{F1}) = var(E)$

* F2 : réponse à la sélection > 0
  $var(P_{F2}) = var(G_{F2}) + var(E)$

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Graphique de Churchill (1974) à partir des données de Johannsen (1909)</figcaption></figure>
Distinction entre phénotype et génotype

► 2 lignées pures : $\bar{P}_1 < \bar{P}_2$

► F1 : réponse à la sélection = 0
$var(P_{F1}) = var(E)$

► F2 : réponse à la sélection > 0
$var(P_{F2}) = var(G_{F2}) + var(E)$

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Graphique de Churchill (1974) à partir des données de Johannsen (1909)</figcaption></figure>
Distinction entre phénotype et génotype

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Graphique de Churchill (1974) à partir des données de Johannsen (1909)</figcaption></figure>

► 2 lignées pures : $\bar{P}_1 < \bar{P}_2$

► F1 : réponse à la sélection = 0
$var(P_{F1}) = var(E)$

► F2 : réponse à la sélection > 0
$var(P_{F2}) = var(G_{F2}) + var(E)$

Génétique = étude de la variation héritable :

► $P = G + E$

► $G = E_E[P]$
Distinction entre phénotype et génotype

► 2 lignées pures : $\bar{P}_1 < \bar{P}_2$

► F1 : réponse à la sélection = 0
$var(P_{F1}) = var(E)$

► F2 : réponse à la sélection > 0
$var(P_{F2}) = var(G_{F2}) + var(E)$

Génétique = étude de la variation héritable :

► $P = G + E$

► $G = E[E[P]$

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Graphique de Churchill (1974) à partir des données de Johannsen (1909)</figcaption></figure>
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

Moindres carrés : $\hat{\beta} = \frac{cov(G,P)}{var(P)}$
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

Moindres carrés : $\hat{\beta} = \frac{cov(G,P)}{var(P)}$
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

Moindres carrés : $\hat{\beta} = \frac{cov(G,P)}{var(P)}$

$$cov(G, P) = cov(G, \mu + G + \epsilon)$$
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

Moindres carrés : $\hat{\beta} = \frac{cov(G,P)}{var(P)}$

$$cov(G, P) = cov(G, \mu + G + \epsilon)$$
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(G, P)}{\text{var}(P)}$$

$$\text{cov}(G, P) = \text{cov}(G, \mu + G + \epsilon)$$

$$\hat{\beta} := \frac{\text{var}(G)}{\text{var}(P)} := H^2$$
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(G,P)}{\text{var}(P)}$$

$$\text{cov}(G, P) = \text{cov}(G, \mu + G + \epsilon)$$

$$\hat{\beta} := \frac{\text{var}(G)}{\text{var}(P)} := H^2$$
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(G, P)}{\text{var}(P)}$$

$$\text{cov}(G, P) = \text{cov}(G, \mu + G + \epsilon)$$

$$\hat{\beta} := \frac{\text{var}(G)}{\text{var}(P)} := H^2$$

<figure><img src="image_25.png" /></figure>
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(G, P)}{\text{var}(P)}$$

$$\text{cov}(G, P) = \text{cov}(G, \mu + G + \epsilon)$$

$$\hat{\beta} := \frac{\text{var}(G)}{\text{var}(P)} := H^2$$

<figure><img src="image_25.png" /></figure>
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(G, P)}{\text{var}(P)}$$

$$\text{cov}(G, P) = \text{cov}(G, \mu + G + \epsilon)$$

$$\hat{\beta} := \frac{\text{var}(G)}{\text{var}(P)} := H^2$$

<figure><img src="image_26.png" /></figure>
# Régression phénotype-génotype et héritabilité au sens large

Régression linéaire simple :

$$G_i = \mu + \beta P_i + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(G, P)}{\text{var}(P)}$$

$$\text{cov}(G, P) = \text{cov}(G, \mu + G + \epsilon)$$

$$\hat{\beta} := \frac{\text{var}(G)}{\text{var}(P)} := H^2$$

<figure><img src="image_26.png" /></figure>
# Interprétation de la relation génotype-phénotype

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

Orgogozo et coll. (2015) :

*Variation at a given gene causes variation in a given phenotype*

De Vienne (2021) :

*A gene does not make a trait, but [...] a genetic difference makes a phenotypic difference*
# Interprétation de la relation génotype-phénotype

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

Orgogozo et coll. (2015) :

*Variation at a given gene causes variation in a given phenotype*

De Vienne (2021) :

*A gene does not make a trait, but [...] a genetic difference makes a phenotypic difference*
Base de la variation continue des caractères

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

Number of red pigment alleles (A, B or C) in genotype

BioNinja
Base de la variation continue des caractères

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

Number of red pigment alleles (A, B or C) in genotype

BioNinja
Fisher (1918) :

* la valeur d'un génotype peut être décomposée en une partie qui se transmet, la *breeding value* (BV), et une qui ne se transmet pas : $G = BV + \text{reste}$

* $BV_{\text{enfant}} = \frac{BV_{\text{par.1}}+BV_{\text{par.2}}}{2} + \text{aléa de méiose}$

* $BV$ : valeur génétique *additive*
Fisher (1918) :

* la valeur d'un génotype peut être décomposée en une partie qui se transmet, la *breeding value* (BV), et une qui ne se transmet pas : $G = BV + \text{reste}$

* $BV_{\text{enfant}} = \frac{BV_{\text{par.1}}+BV_{\text{par.2}}}{2} + \text{aléa de méiose}$

* BV : valeur génétique *additive*
Fisher (1918) :

* la valeur d'un génotype peut être décomposée en une partie qui se transmet, la *breeding value* (*BV*), et une qui ne se transmet pas : $G = BV + \text{reste}$

* $BV_{\text{enfant}} = \frac{BV_{\text{par.1}}+BV_{\text{par.2}}}{2} + \text{aléa de méiose}$

* $BV$ : valeur génétique *additive*

* la covariance entre $BV_i$ et $BV_j$ dépend de leur variance, $\sigma_a^2$, et du coef. d'apparentement (généalogie $\rightarrow$ matrice A)
Fisher (1918) :

* la valeur d'un génotype peut être décomposée en une partie qui se transmet, la *breeding value* (*BV*), et une qui ne se transmet pas : $G = BV + \text{reste}$

* $BV_{\text{enfant}} = \frac{BV_{\text{par.1}}+BV_{\text{par.2}}}{2} + \text{aléa de méiose}$

* $BV$ : valeur génétique *additive*

* la covariance entre $BV_i$ et $BV_j$ dépend de leur variance, $\sigma_a^2$, et du coef. d'apparentement (généalogie $\rightarrow$ matrice A)
Fisher (1918) :

* la valeur d'un génotype peut être décomposée en une partie qui se transmet, la *breeding value* (*BV*), et une qui ne se transmet pas : $G = BV + \text{reste}$

* $BV_{\text{enfant}} = \frac{BV_{\text{par.1}}+BV_{\text{par.2}}}{2} + \text{aléa de méiose}$

* $BV$ : valeur génétique *additive*

* la covariance entre $BV_i$ et $BV_j$ dépend de leur variance, $\sigma_a^2$, et du coef. d'apparentement (généalogie $\rightarrow$ matrice A)

* $BV = \sum_{gène 1}^{\infty} \text{nb d'allèles au gène} \times \text{effet allélique}$
Fisher (1918) :

* la valeur d'un génotype peut être décomposée en une partie qui se transmet, la *breeding value* (*BV*), et une qui ne se transmet pas : $G = BV + \text{reste}$

* $BV_{\text{enfant}} = \frac{BV_{\text{par.1}}+BV_{\text{par.2}}}{2} + \text{aléa de méiose}$

* $BV$ : valeur génétique *additive*

* la covariance entre $BV_i$ et $BV_j$ dépend de leur variance, $\sigma_a^2$, et du coef. d'apparentement (généalogie $\rightarrow$ matrice A)

* $BV = \sum_{gène 1}^{\infty} \text{nb d'allèles au gène} \times \text{effet allélique}$
Fisher (1918) :

* la valeur d'un génotype peut être décomposée en une partie qui se transmet, la *breeding value* (BV), et une qui ne se transmet pas : $G = BV + \text{reste}$

* $BV_{\text{enfant}} = \frac{BV_{\text{par.1}}+BV_{\text{par.2}}}{2} + \text{aléa de méiose}$

* $BV$ : valeur génétique *additive*

* la covariance entre $BV_i$ et $BV_j$ dépend de leur variance, $\sigma_a^2$, et du coef. d'apparentement (généalogie → matrice A)

* $BV = \sum_{gène 1}^{\infty} \text{nb d'allèles au gène} \times \text{effet allélique}$

* $\forall i, BV_{\text{enfant } i} \sim N(BV_{\text{parent moyen}}, \sigma_a^2)$
Fisher (1918) :

* la valeur d'un génotype peut être décomposée en une partie qui se transmet, la *breeding value* (BV), et une qui ne se transmet pas : $G = BV + \text{reste}$

* $BV_{\text{enfant}} = \frac{BV_{\text{par.1}}+BV_{\text{par.2}}}{2} + \text{aléa de méiose}$

* $BV$ : valeur génétique *additive*

* la covariance entre $BV_i$ et $BV_j$ dépend de leur variance, $\sigma_a^2$, et du coef. d'apparentement (généalogie → matrice A)

* $BV = \sum_{gène 1}^{\infty} \text{nb d'allèles au gène} \times \text{effet allélique}$

* $\forall i, BV_{\text{enfant } i} \sim N(BV_{\text{parent moyen}}, \sigma_a^2)$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(P_{e,i}, P_{pm,i})}{\text{var}(P_{pm,i})}$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(P_{e,i}, P_{pm,i})}{\text{var}(P_{pm,i})}$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(P_e, P_{pm})}{\text{var}(P_{pm})}$$

$$\text{Mais } \mathbb{E}[P_e | P_{pm}] = \mu + BV_{pm}$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(P_e, P_{pm})}{\text{var}(P_{pm})}$$

$$\text{Mais } \mathbb{E}[P_e | P_{pm}] = \mu + BV_{pm}$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(P_e, P_{pm})}{\text{var}(P_{pm})}$$

$$\text{Mais } \mathbb{E}[P_e | P_{pm}] = \mu + BV_{pm}$$

$$\text{Donc } \text{cov}(P_e, P_{pm}) = \sigma_a^2$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(P_e, P_{pm})}{\text{var}(P_{pm})}$$

$$\text{Mais } \mathbb{E}[P_e | P_{pm}] = \mu + BV_{pm}$$

$$\text{Donc } \text{cov}(P_e, P_{pm}) = \sigma_a^2$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(P_e, P_{pm})}{\text{var}(P_{pm})}$$

$$\text{Mais } \mathbb{E}[P_e | P_{pm}] = \mu + BV_{pm}$$

$$\text{Donc } \text{cov}(P_e, P_{pm}) = \sigma_a^2$$

$$\text{Ainsi : } \hat{\beta} = \frac{\sigma_a^2}{\text{var}(P_{pm})} := h^2$$
# Régression parents-enfant et héritabilité au sens strict

<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>Galton (1886)</figcaption></figure>

Régression linéaire simple :

$$P_{e,i} = \mu + \beta P_{pm,i} + \epsilon_i$$

$$\text{Moindres carrés : } \hat{\beta} = \frac{\text{cov}(P_e, P_{pm})}{\text{var}(P_{pm})}$$

$$\text{Mais } \mathbb{E}[P_e | P_{pm}] = \mu + BV_{pm}$$

$$\text{Donc } \text{cov}(P_e, P_{pm}) = \sigma_a^2$$

$$\text{Ainsi : } \hat{\beta} = \frac{\sigma_a^2}{\text{var}(P_{pm})} := h^2$$
# Réponse à la sélection : équation du sélectionneur

Lush (1937, 1943) :

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

* différentiel : $S = \bar{P}_{\text{parents sélectionnés}} - \bar{P}_{\text{tous les parents}}$

* réponse : $R = \bar{P}_{\text{enfants}} - \bar{P}_{\text{parents}}$
# Réponse à la sélection : équation du sélectionneur

Lush (1937, 1943) :

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

* différentiel : $S = \bar{P}_{\text{parents sélectionnés}} - \bar{P}_{\text{tous les parents}}$

* réponse : $R = \bar{P}_{\text{enfants}} - \bar{P}_{\text{parents}}$
# Réponse à la sélection : équation du sélectionneur

Lush (1937, 1943) :

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

* différentiel : $S = \bar{P}_{\text{parents sélectionnés}} - \bar{P}_{\text{tous les parents}}$

* réponse : $R = \bar{P}_{\text{enfants}} - \bar{P}_{\text{parents}}$

$$R = h^2 S$$
# Réponse à la sélection : équation du sélectionneur

Lush (1937, 1943) :

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

* différentiel : $S = \bar{P}_{\text{parents sélectionnés}} - \bar{P}_{\text{tous les parents}}$

* réponse : $R = \bar{P}_{\text{enfants}} - \bar{P}_{\text{parents}}$

$$R = h^2 S$$
# Réponse à la sélection : équation du sélectionneur

Lush (1937, 1943) :

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

* différentiel : $S = \bar{P}_{\text{parents sélectionnés}} - \bar{P}_{\text{tous les parents}}$

* réponse : $R = \bar{P}_{\text{enfants}} - \bar{P}_{\text{parents}}$

$$R = h^2 S$$

https://timflutre.shinyapps.io/intro-breeder-eq/
# Réponse à la sélection : équation du sélectionneur

Lush (1937, 1943) :

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

* différentiel : $S = \bar{P}_{\text{parents sélectionnés}} - \bar{P}_{\text{tous les parents}}$

* réponse : $R = \bar{P}_{\text{enfants}} - \bar{P}_{\text{parents}}$

$$R = h^2 S$$

https://timflutre.shinyapps.io/intro-breeder-eq/
# Réponse multi-générationnelle à la sélection directionnelle

Augmentation de la moyenne mais diminution de la variance :

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

Diapo de L. Moreau
# Réponse multi-générationnelle à la sélection directionnelle

Augmentation de la moyenne mais diminution de la variance :

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

Diapo de L. Moreau
Augmenter l'efficacité de la sélection

$$R = \frac{i\rho\sigma_a}{\Delta T}$$

* augmenter $\rho$ (précision des valeurs génétiques)

* augmenter $\sigma_a$ (variabilité génétique)

* augmenter $i$ (intensité de sélection)

* diminuer $\Delta T$ (intervalle de temps entre deux générations)

Nombreux travaux sur les plans d'expérience incomplets (~1930), l'utilisation des marqueurs génomiques (~1990), du phénotypage à haut-débit (~2010), etc.
Augmenter l'efficacité de la sélection

$$R = \frac{i\rho\sigma_a}{\Delta T}$$

* augmenter $\rho$ (précision des valeurs génétiques)

* augmenter $\sigma_a$ (variabilité génétique)

* augmenter $i$ (intensité de sélection)

* diminuer $\Delta T$ (intervalle de temps entre deux générations)

Nombreux travaux sur les plans d'expérience incomplets (~1930), l'utilisation des marqueurs génomiques (~1990), du phénotypage à haut-débit (~2010), etc.
# Plan

- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
# Plan

- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
Au travers de l'augmentation des rendements, les innovations de la Révolution Verte ont indubitablement contribué à l'augmentation de la population humaine.
Au travers de l'augmentation des rendements, les innovations de la Révolution Verte ont indubitablement contribué à l'augmentation de la population humaine.
Au travers de l'augmentation des rendements, les innovations de la Révolution Verte ont *indubitablement* contribué à l'augmentation de la population humaine.

Mais de nombreuses et profondes transformations sont également survenues, et le constat n'est pas si simple.

> It is unclear whether high-intensity agriculture can be sustained, because of the loss of soil fertility, the erosion of soil, the increased incidence of crop and livestock diseases, and the high energy and chemical inputs associated with it. [...] It is not clear which is greater—the success of modern high intensity agriculture, or its shortcomings.

Tilman (1998)
Au travers de l'augmentation des rendements, les innovations de la Révolution Verte ont *indubitablement* contribué à l'augmentation de la population humaine.

Mais de nombreuses et profondes transformations sont également survenues, et le constat n'est pas si simple.

*It is unclear whether high-intensity agriculture can be sustained, because of the loss of soil fertility, the erosion of soil, the increased incidence of crop and livestock diseases, and the high energy and chemical inputs associated with it. [...] It is not clear which is greater—the success of modern high intensity agriculture, or its shortcomings.*

Tilman (1998)
# Perte de fertilité du sol due au labour

<table><caption>Table 1. Comparison of mean residence time (MRT)<fnref n="1" /> of the soil C (present prior to the initiation of the experiment) under no-till and conventional (plow-based) tillage, derived from measurements of ¹³C natural abundance.</caption><thead><tr><th>Site</th><th>MRT in NT (years)</th><th>MRT in CT (years)</th><th>NT/CT</th><th>Reference</th></tr></thead><tbody><tr><td>Sidney, Nebraska</td><td>73</td><td>44</td><td>1.7</td><td>Six et al. 1998</td></tr><tr><td>Boigneville (France)</td><td>38</td><td>18</td><td>2.1</td><td>Balesdent et al. 1990</td></tr><tr><td>Delhi (Canada)</td><td>26</td><td>14</td><td>1.9</td><td>Ryan et al. 1995</td></tr></tbody></table>

Paustian et coll. (2000)

<footnote n="1">¹ Mean residence times were calculated using a first-order decomposition model, $k = \ln(A_0/A_t)t$, where $A_0$ is the SOC present at the beginning of the experiment and $A_t$ is the amount of the original SOC remaining after time $t$. The MRT is the inverse (1/k) of the decomposition rate constant. In each of the experiments, a shift in vegetation (between $C_3$ and $C_4$ species) occurred at the start of the experiment. Thus, SOC present at the start of the experiment could be differentiated from that derived from subsequent crop residues, based on the ¹³C signatures.</footnote>
<table><caption>Table 1. Comparison of mean residence time (MRT)¹ of the soil C (present prior to the initiation of the experiment) under no-till and conventional (plow-based) tillage, derived from measurements of ¹³C natural abundance.</caption><thead><tr><th>Site</th><th>MRT in NT<br>(years)</th><th>MRT in CT<br>(years)</th><th>NT/CT</th><th>Reference</th></tr></thead><tbody><tr><td>Sidney, Nebraska</td><td>73</td><td>44</td><td>1.7</td><td>Six et al. 1998</td></tr><tr><td>Boigneville (France)</td><td>38</td><td>18</td><td>2.1</td><td>Balesdent et al. 1990</td></tr><tr><td>Delhi (Canada)</td><td>26</td><td>14</td><td>1.9</td><td>Ryan et al. 1995</td></tr></tbody></table>

¹ Mean residence times were calculated using a first-order decomposition model, $k = \ln(A_0/A_t)t$, where $A_0$ is the SOC present at the beginning of the experiment and $A_t$ is the amount of the original SOC remaining after time $t$. The MRT is the inverse (1/k) of the decomposition rate constant. In each of the experiments, a shift in vegetation (between $C_3$ and $C_4$ species) occurred at the start of the experiment. Thus, SOC present at the start of the experiment could be differentiated from that derived from subsequent crop residues, based on the ¹³C signatures.

Paustian et coll. (2000)
# Flux et pertes d'azote

<figure><img src="image_38.png" /></figure>

Billen et coll. (2014)
# Flux et pertes d'azote

<figure><img src="image_38.png" /></figure>

Billen et coll. (2014)
# Emergence de souches pathogènes en Europe

<figure><img src="image_39.png" /></figure>

Hovmøller et coll. (2016)
# Emergence de souches pathogènes en Europe

<figure><img src="image_39.png" /></figure>

Hovmøller et coll. (2016)
# Sélection d'adventice aux Etats-Unis

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

Kreiner et coll. (2022)
# Sélection d'adventice aux Etats-Unis

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

Kreiner et coll. (2022)
# Déclin d'oiseaux dans les espaces cultivées

A Farmland species

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

B Woodland species

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

Rigal et coll. (2023)
# Déclin d'oiseaux dans les espaces cultivées

A Farmland species

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

B Woodland species

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

Rigal et coll. (2023)
# Déclin d'insectes en Allemagne

<figure><img src="image_43.png" /></figure>

Ziesche et coll. (2023)
# Déclin d'insectes en Allemagne

<figure><img src="image_43.png" /></figure>

Ziesche et coll. (2023)
# Similarité d'espèces cultivées entre régions du monde

<figure><img src="image_44.png" /></figure>

Martin et coll. (2019)
# Similarité d'espèces cultivées entre régions du monde

<figure><img src="image_44.png" /></figure>

Martin et coll. (2019)
Moins de variétés sur plus de surface en Asie et Afrique

<figure><img src="image_45.png" /></figure>

Gatto et coll. (2021)
Moins de variétés sur plus de surface en Asie et Afrique

<figure><img src="image_45.png" /></figure>

Gatto et coll. (2021)
# Homogénéisation paysagère en France

<figure><img src="image_46.png" /></figure>

Source : données Agreste, recensements agricoles, méthode Solagro
# Homogénéisation paysagère en France

<figure><img src="image_46.png" /></figure>

Source : données Agreste, recensements agricoles, méthode Solagro
# Changement climatique en moyenne et variance

<figure><img src="image_47.png" /></figure>

IPCC
# Changement climatique en moyenne et variance

<figure><img src="image_47.png" /></figure>

IPCC
# Changement climatique en moyenne et variance

<figure><img src="image_48.png" /></figure>

Pendergrass et coll. (2017)
# Changement climatique en moyenne et variance

<figure><img src="image_48.png" /></figure>

Pendergrass et coll. (2017)
Impact sur l'inflation

<figure><img src="image_49.png" /></figure>

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

Kotz et coll. (2024)
# Impact sur l'inflation

<figure><img src="image_49.png" /><figcaption>b</figcaption></figure>

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

Cumulative effect on food inflation of monthly temperature increase

c Cumulative effect on headline inflation of monthly temperature increase

<figure><img src="image_51.png" /></figure>
Urgence → adaptation et atténuation

<figure><img src="image_51.png" /></figure>

GIEC (2023)
Urgence → adaptation et atténuation

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

GIEC (2023)
# Différents modèles d'agriculture possibles

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

Therond et coll. (2017)
# Différents modèles d'agriculture possibles

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

Therond et coll. (2017)
Exemple de scénarios proposés pour la France

Current reference

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

Open/Specializ sc

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

Auto/Recon/Demitarian sc

<figure><img src="image_55.png" /></figure>

<figure><img src="image_56.png" /></figure>

<figure><img src="image_57.png" /></figure>

<figure><img src="image_58.png" /></figure>

Billen et coll. (2018)
Exemple de scénarios proposés pour la France

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

Billen et coll. (2018)
Le défi consiste à adapter les systèmes agricoles et alimentaires tout en atténuant leurs impacts négatifs.

En tant qu'étudiant.e.s ingénieur.e.s agronomes, comment vous positionnez-vous ? Quelle contribution aimeriez-vous fournir dans votre futur travail ?
Le défi consiste à adapter les systèmes agricoles et alimentaires tout en atténuant leurs impacts négatifs.

En tant qu'étudiant.e.s ingénieur.e.s agronomes, comment vous positionnez-vous ? Quelle contribution aimeriez-vous fournir dans votre futur travail ?
# Plan

- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- **Apparté**

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
# Plan

- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- **Apparté**

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
Questions difficiles car différentes priorités et stratégies coexistent,
sous-tendues par des *visions du monde* généralement implicites.
Questions difficiles car différentes priorités et stratégies coexistent,
sous-tendues par des *visions du monde* généralement implicites.
Questions difficiles car différentes priorités et stratégies coexistent, sous-tendues par des *visions du monde* généralement implicites.

Ce dont je vais vous parler n'est *qu'un exemple* de contribution possible, même s'il me tient évidemment à coeur.

Je souhaite surtout insister sur le fait que répondre à ce type de questions nécessite un minimum de connaissances en *sciences humaines sociales* (histoire, géographie, sociologie, économie, anthropologie, etc) pour être vigilant face aux raisonnements simplistes et trompeurs.
Questions difficiles car différentes priorités et stratégies coexistent, sous-tendues par des *visions du monde* généralement implicites.

Ce dont je vais vous parler n'est *qu'un exemple* de contribution possible, même s'il me tient évidemment à coeur.

Je souhaite surtout insister sur le fait que répondre à ce type de questions nécessite un minimum de connaissances en *sciences humaines sociales* (histoire, géographie, sociologie, économie, anthropologie, etc) pour être vigilant face aux raisonnements simplistes et trompeurs.
Critiques du technological fix appliquées aux biotech.

Technological fix : solution to a problem that results from
reframing a social problem as a technological one
Critiques du technological fix appliquées aux biotech.

Technological fix : solution to a problem that results from
reframing a social problem as a technological one
Critiques du technological fix appliquées aux biotech.

Technological fix : solution to a problem that results from
reframing a social problem as a technological one

The judgment that these technological fixes provided a
"solution" depends on who is defining the criteria for suc-
cess and how they are defined.
Critiques du technological fix appliquées aux biotech.

Technological fix : solution to a problem that results from
reframing a social problem as a technological one

The judgment that these technological fixes provided a
"solution" depends on who is defining the criteria for suc-
cess and how they are defined.
Critiques du technological fix appliquées aux biotech.

Technological fix : solution to a problem that results from
reframing a social problem as a technological one

The judgment that these technological fixes provided a "solution" depends on who is defining the criteria for success and how they are defined.

Technological fixes only "solve" problems when framed narrowly in the manner of an engineering problem. When one takes a wider and longer view they tend to transform, relocate, or delay the problem—from this perspective "problems" are not solved.

Scott (2011)
Critiques du technological fix appliquées aux biotech.

Technological fix : solution to a problem that results from
reframing a social problem as a technological one

The judgment that these technological fixes provided a
"solution" depends on who is defining the criteria for suc-
cess and how they are defined.

Technological fixes only “solve” problems when framed
narrowly in the manner of an engineering problem. When
one takes a wider and longer view they tend to transform,
relocate, or delay the problem—from this perspective “pro-
blems” are not solved.

Scott (2011)
# Controverse land sparing vs land sharing

Loconto et coll. (2020) :

> Two very different
> imaginaries about
> how humans do
> and should inter-
> act with nature [...]
> Truly political tools
> that can help to
> advance specific vi-
> sions of the world

Key:
Functionalism Terms
Compositionalism Terms
Land Sharing
Land Sparing
1973-2016

<figure><img src="image_59.png" /></figure>
# Controverse land sparing vs land sharing

Loconto et coll. (2020) :

> Two very different
> imaginaries about
> how humans do
> and should inter-
> act with nature [...]
> Truly political tools
> that can help to
> advance specific vi-
> sions of the world

Key:
Functionalism Terms
Compositionalism Terms
Land Sharing
Land Sparing
1973-2016

<figure><img src="image_55.png" /></figure>
<table><caption>**Fig. 2 |** Heuristic tool for discussing a research stance. The different choices which define a research stance are organized in three main fields: epistemology (the nature of the knowledge), methodology (the method of producing the knowledge) and implementation (the use to which the knowledge will be put).</caption><thead><tr><th>Epistemology</th><th>Positivist</th><th>Interpretivist</th></tr></thead><tbody><tr><td>Driving force</td><td>Laws</td><td>Agency</td></tr><tr><td>Participation</td><td>None</td><td>Inclusive</td></tr><tr><td>Axiology</td><td>Neutral</td><td>Engaged</td></tr><tr><td>Methodology</td><td>Preconceived</td><td>Adaptive</td></tr><tr><td>Problematization</td><td>Reductionist</td><td>Holist</td></tr><tr><td>Investigation</td><td>Hands-off</td><td>Transformative</td></tr><tr><td>Implementation</td><td>Instrumental</td><td>Emergent</td></tr><tr><td>Adoption</td><td>Transfer</td><td>Sense-making</td></tr><tr><td>Assessment</td><td>Accountability</td><td>Learning</td></tr></tbody></table>
<table><caption>**Fig. 2 |** Heuristic tool for discussing a research stance. The different choices which define a research stance are organized in three main fields: epistemology (the nature of the knowledge), methodology (the method of producing the knowledge) and implementation (the use to which the knowledge will be put).</caption><thead><tr><th>Epistemology</th><th>Positivist</th><th>Interpretivist</th></tr></thead><tbody><tr><td>Driving force</td><td>Laws</td><td>Agency</td></tr><tr><td>Participation</td><td>None</td><td>Inclusive</td></tr><tr><td>Axiology</td><td>Neutral</td><td>Engaged</td></tr><tr><td>Methodology</td><td>Preconceived</td><td>Adaptive</td></tr><tr><td>Problematization</td><td>Reductionist</td><td>Holist</td></tr><tr><td>Investigation</td><td>Hands-off</td><td>Transformative</td></tr><tr><td>Implementation</td><td>Instrumental</td><td>Emergent</td></tr><tr><td>Adoption</td><td>Transfer</td><td>Sense-making</td></tr><tr><td>Assessment</td><td>Accountability</td><td>Learning</td></tr></tbody></table>
- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
- Meta

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- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
Quelques précurseurs (dans le monde académique)

Gliessman (1998) :

*The application of ecological concepts and principles to the
design and management of sustainable agroecosystems*
Quelques précurseurs (dans le monde académique)

Gliessman (1998) :

*The application of ecological concepts and principles to the
design and management of sustainable agroecosystems*
Quelques précurseurs (dans le monde académique)

Gliessman (1998) :

*The application of ecological concepts and principles to the
design and management of sustainable agroecosystems*

Altieri (1989) :

Agroecology can provide the ecological guidelines to point
technological development in the right direction, but in
the process, technological issues must assume their corres-
ponding role within a strategy of rural development that
incorporates social and economic problems.
Quelques précurseurs (dans le monde académique)

Gliessman (1998) :

*The application of ecological concepts and principles to the
design and management of sustainable agroecosystems*

Altieri (1989) :

Agroecology can provide the ecological guidelines to point
technological development in the right direction, but in
the process, technological issues must assume their corres-
ponding role within a strategy of rural development that
incorporates social and economic problems.
# Fondamentaux consensuels de l'agroécologie

* Interactions biotiques, processus d'auto-régulation et biodiversité au sein des agro-écosystèmes, plutôt qu'intrants de synthèse

* Economie et prudence dans l'utilisation des ressources non renouvelables

* Combiner connaissances et savoirs locaux, et connaissances scientifiques

* Combiner des actions à différentes échelles

* Soutenir les agriculteurs (plus spécifiquement) dans la conception d'un système agricole adapté à leur propre environnement

Adaptation d'une diapo de M. Cerf (2023)
# Fondamentaux consensuels de l'agroécologie

* Interactions biotiques, processus d'auto-régulation et biodiversité au sein des agro-écosystèmes, plutôt qu'intrants de synthèse

* Economie et prudence dans l'utilisation des ressources non renouvelables

* Combiner connaissances et savoirs locaux, et connaissances scientifiques

* Combiner des actions à différentes échelles

* Soutenir les agriculteurs (plus spécifiquement) dans la conception d'un système agricole adapté à leur propre environnement

Adaptation d'une diapo de M. Cerf (2023)
# Fondamentaux consensuels de l'agroécologie

* Interactions biotiques, processus d'auto-régulation et biodiversité au sein des agro-écosystèmes, plutôt qu'intrants de synthèse

* Economie et prudence dans l'utilisation des ressources non renouvelables

* Combiner connaissances et savoirs locaux, et connaissances scientifiques

* Combiner des actions à différentes échelles

* Soutenir les agriculteurs (plus spécifiquement) dans la conception d'un système agricole adapté à leur propre environnement

Adaptation d'une diapo de M. Cerf (2023)
# Fondamentaux consensuels de l'agroécologie

* Interactions biotiques, processus d'auto-régulation et biodiversité au sein des agro-écosystèmes, plutôt qu'intrants de synthèse

* Economie et prudence dans l'utilisation des ressources non renouvelables

* Combiner connaissances et savoirs locaux, et connaissances scientifiques

* Combiner des actions à différentes échelles

* Soutenir les agriculteurs (plus spécifiquement) dans la conception d'un système agricole adapté à leur propre environnement

Adaptation d'une diapo de M. Cerf (2023)
# Cadre conceptuel global

External drivers of changes (e.g. climate change)

## Social-ecological effects, drivers and limitations of plant diversification

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

Vialatte et coll. (2022)
# Cadre conceptuel global

External drivers of changes (e.g. climate change)

## Social-ecological effects, drivers and limitations of plant diversification

<figure><img src="image_56.png" /><figcaption>Vialatte et coll. (2022)</figcaption></figure>
# Avantages de la diversification en général

<figure><img src="image_61.png" /></figure>

Beillouin et coll. (2021)
# Avantages de la diversification en général

<figure><img src="image_57.png" /></figure>

Beillouin et coll. (2021)
# Echelles de diversification

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

ESCo << Utiliser la diversité végétale des espaces agricoles pour favoriser la régulation naturelle des bioagresseurs et protéger les cultures >> (2022)
# Echelles de diversification

<figure><img src="image_58.png" /></figure>

ESCo << Utiliser la diversité végétale des espaces agricoles pour favoriser la régulation naturelle des bioagresseurs et protéger les cultures >> (2022)
# Echelles de diversification

<figure><img src="image_63.png" /></figure>

**GENE SCALE**
Choice of resistance sources

**PLANT SCALE**
Targeted pathogenicity traits
Gene pyramiding

**FIELD SCALE**
Cultivar and crop rotations
Cultivar and crop mixtures
Complementation with other control methods

**LANDSCAPE SCALE**
Static and dynamic mosaics

Rimbaud et coll. (2021)
# Echelles de diversification

<figure><img src="image_59.png" /></figure>

**GENE SCALE**
Choice of resistance sources

**PLANT SCALE**
Targeted pathogenicity traits
Gene pyramiding

**FIELD SCALE**
Cultivar and crop rotations
Cultivar and crop mixtures
Complementation with other control methods

**LANDSCAPE SCALE**
Static and dynamic mosaics

Rimbaud et coll. (2021)
<figure><img src="image_64.png" /></figure>
# Stratégie générale de minimisation du risque

<figure><img src="image_60.png" /></figure>
# Stratégie générale de minimisation du risque

> In 1738, Bernoulli [...] recommended minimizing risk by spreading it across a set of independent events (*bet-hedging*).

Stearns (2000)
Stratégie générale de minimisation du risque

> In 1738, Bernoulli [...] recommended minimizing risk by
> spreading it across a set of independent events (*bet-
> hedging*).

Stearns (2000)
# Stratégie générale de minimisation du risque

* Largement utilisée, notamment en finance

* modern portfolio theory (Markowitz, 1952)

* Nombreuses recherches en écologie (p.ex. Tilman, 1999)

* Ex. d'application à l'agriculture :

* **bouquet** : même ferme mais parcelles différentes

* **mélange** (ou population) : même parcelle donc possibilité de plasticité phénotypique
# Stratégie générale de minimisation du risque

* Largement utilisée, notamment en finance

* modern portfolio theory (Markowitz, 1952)

* Nombreuses recherches en écologie (p.ex. Tilman, 1999)

* Ex. d'application à l'agriculture :

* **bouquet** : même ferme mais parcelles différentes

* **mélange** (ou population) : même parcelle donc possibilité de plasticité phénotypique
# Réduction du risque grâce à un bouquet de deux espèces

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

Adapté de Paut et coll. (2020)
# Réduction du risque grâce à un bouquet de deux espèces

<figure><img src="image_61.png" /></figure>

Adapté de Paut et coll. (2020)
# Meilleure stabilité des bouquets d'espèces horticoles

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

Paut et coll. (2020)
# Meilleure stabilité des bouquets d'espèces horticoles

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

Paut et coll. (2020)
Meilleures stabilité et productivité des mélanges en prairie

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

Tilman (2019)
Meilleures stabilité et productivité des mélanges en prairie

<figure><img src="image_63.png" /></figure>

Tilman (2019)
Meilleures stabilité et productivité des mélanges en prairie

<figure><img src="image_68.png" /></figure>

Tilman (2019)
Meilleures stabilité et productivité des mélanges en prairie

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

Tilman (2019)
# Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

<table><thead><tr><th>Mélanges de variétés</th><th>Niveau de réduction</th><th>Méta-analyse source</th></tr></thead><tbody><tr><td>Rouille jaune du blé</td><td>28</td><td>Huang 2012</td></tr><tr><td>Septoriose du blé</td><td>11</td><td>Kristofersen 2020</td></tr><tr><td>Insectes polyphages</td><td>40</td><td>Snyder 2020; Tooker 2012</td></tr><tr><th>Mélanges d'espèces</th><th></th><th></th></tr><tr><td>Champignons aériens</td><td>45</td><td>Zhang 2019; Boudreau 2013</td></tr><tr><td>Insectes polyphages</td><td>53</td><td>Risch 1983; Lithourgidis 2021</td></tr><tr><td>Adventices</td><td>58</td><td>Gu 2021</td></tr></tbody></table>

Adaptation d'une diapo de J.-B. Morel (2024)
# Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

<table><thead><tr><th>Mélanges de variétés</th><th>Niveau de réduction</th><th>Méta-analyse source</th></tr></thead><tbody><tr><td>Rouille jaune du blé</td><td>28</td><td>Huang 2012</td></tr><tr><td>Septoriose du blé</td><td>11</td><td>Kristofersen 2020</td></tr><tr><td>Insectes polyphages</td><td>40</td><td>Snyder 2020; Tooker 2012</td></tr><tr><th>Mélanges d'espèces</th><th></th><th></th></tr><tr><td>Champignons aériens</td><td>45</td><td>Zhang 2019; Boudreau 2013</td></tr><tr><td>Insectes polyphages</td><td>53</td><td>Risch 1983; Lithourgidis 2021</td></tr><tr><td>Adventices</td><td>58</td><td>Gu 2021</td></tr></tbody></table>

Adaptation d'une diapo de J.-B. Morel (2024)
# Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

<figure><img src="image_69.png" /></figure>

Reiss et Drinkwater (2018)
Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

Reiss et Drinkwater (2018)
# Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

## b Cereal sole crop

<figure><img src="image_70.png" /></figure>

## c Cereal-Grain legume intercrop

<figure><img src="image_71.png" /></figure>

Jensen et coll. (2020)
# Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

## b Cereal sole crop

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

## c Cereal-Grain legume intercrop

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

Jensen et coll. (2020)
Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

<figure><img src="image_72.png" /></figure>

$$ \text{LER} = \frac{4 \text{ t/ha}}{5 \text{ t/ha}} + \frac{9 \text{ t/ha}}{15 \text{ t/ha}} = 1.4 $$

T. Kellner (2022)
# Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

<figure><img src="image_68.png" /></figure>

$$ \text{LER} = \frac{4 \text{ t/ha}}{5 \text{ t/ha}} + \frac{9 \text{ t/ha}}{15 \text{ t/ha}} = 1.4 $$

T. Kellner (2022)
# Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

<figure><img src="image_73.png" /></figure>

Bedoussac et coll. (2015)
# Avantages des mélanges par rapport aux cultures pures

<figure><img src="image_69.png" /></figure>

Bedoussac et coll. (2015)
Importance de la semence, entité vivante

Kloppenburg (2004) :

Crop production is the necessary foundation upon which the complex structures of human society have historically been raised. And the seed is the irreducible core of crop production.

Torshizi et Clapp (2021) :

Control of the seed industry may result in control of the entire agrifood supply chain.
Importance de la semence, entité vivante

Kloppenburg (2004) :

Crop production is the necessary foundation upon which the complex structures of human society have historically been raised. And the seed is the irreducible core of crop production.

Torshizi et Clapp (2021) :

Control of the seed industry may result in control of the entire agrifood supply chain.
# Importance de la semence, entité vivante

La sélection depuis des décennies :

* homogénéité intra-parcelle : toutes les plantes de la parcelle sont des clones génétiques

* itinéraires techniques tamponnant les variations environnementales avec des intrants de synthèse

## Changements de pratique (E)

⇒ besoin d'évoluer dans l'espace phénotypique (P)

⇒ besoin de généticien.ne.s et de sélectionneur.euse.s pour
explorer efficacement l'espace génétique (G)
# Importance de la semence, entité vivante

La sélection depuis des décennies :

* homogénéité intra-parcelle : toutes les plantes de la parcelle sont des clones génétiques

* itinéraires techniques tamponnant les variations environnementales avec des intrants de synthèse

## Changements de pratique (E)

⇒ besoin d'évoluer dans l'espace phénotypique (P)

⇒ besoin de généticien.ne.s et de sélectionneur.euse.s pour
explorer efficacement l'espace génétique (G)
# Plan

- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
# Plan

- Meta

- Agriculture

- Sélection humaine et génétique

- Défis actuels

- Apparté

- Agroécologie, diversification et mélanges

- Fronts de science et perspectives
Retour sur l'exemple du gain génétique réalisé

<figure><img src="image_74.png" /></figure>

Duvick (2005)
Retour sur l'exemple du gain génétique réalisé

<figure><img src="image_70.png" /></figure>

Duvick (2005)
Retour sur l'exemple du gain génétique réalisé

<figure><img src="image_75.png" /></figure>

Duvick (2005)
Retour sur l'exemple du gain génétique réalisé

<figure><img src="image_71.png" /></figure>

Duvick (2005)
Compromis évolutifs (evolutionary trade-offs)

Denison (2015) :

> Prior to domestication, natural selection had already tested
> many more alleles for stress tolerance and efficient use of
> solar radiation, nutrients, and water than plant breeders
> ever will.
Compromis évolutifs (evolutionary trade-offs)

Denison (2015) :

> Prior to domestication, natural selection had already tested
> many more alleles for stress tolerance and efficient use of
> solar radiation, nutrients, and water than plant breeders
> ever will.
Compromis évolutifs (evolutionary trade-offs)

Denison (2015) :

Prior to domestication, natural selection had already tested
many more alleles for stress tolerance and efficient use of
solar radiation, nutrients, and water than plant breeders
ever will.

I have therefore hypothesized that improving such traits
through plant breeding has required and usually will require
either radically different phenotypes (never tested by past
natural selection) or accepting tradeoffs rejected by past
natural selection.
Compromis évolutifs (evolutionary trade-offs)

Denison (2015) :

Prior to domestication, natural selection had already tested
many more alleles for stress tolerance and efficient use of
solar radiation, nutrients, and water than plant breeders
ever will.

I have therefore hypothesized that improving such traits
through plant breeding has required and usually will require
either radically different phenotypes (never tested by past
natural selection) or accepting tradeoffs rejected by past
natural selection.
Sélection individuelle vs sélection de groupe

<figure><img src="image_76.png" /></figure>

Weiner (2019)

Figure 1. Two Evolutionary Scenarios for Selection at Two Levels. When group selection, G, and individual selection, I, are in the same direction (A), as they are in response to most abiotic factors, it is unlikely that plant breeding or genetic modification can improve upon what natural selection has achieved. When group and individual selection are in conflict (B) because of biotic interactions such as competition, individual selection is much stronger than group selection (arrow length). In this case it is possible for plant breeders and genetic engineers to find group solutions (e.g., increased population yield) that nature would not produce.
# Sélection individuelle vs sélection de groupe

<figure><img src="image_72.png" /></figure>

Weiner (2019)

Figure 1. Two Evolutionary Scenarios for Selection at Two Levels. When group selection, G, and individual selection, I, are in the same direction (A), as they are in response to most abiotic factors, it is unlikely that plant breeding or genetic modification can improve upon what natural selection has achieved. When group and individual selection are in conflict (B) because of biotic interactions such as competition, individual selection is much stronger than group selection (arrow length). In this case it is possible for plant breeders and genetic engineers to find group solutions (e.g., increased population yield) that nature would not produce.
# Interactions plante-plante

Indirectes et passives, via les ressources :

<figure><img src="image_77.png" /></figure>

Adapté de da Silva et coll. (2022)
# Interactions plante-plante

Indirectes et passives, via les ressources :

<figure><img src="image_73.png" /></figure>

Adapté de da Silva et coll. (2022)
# Interactions plante-plante

Indirectes et passives, via les ressources :

<figure><img src="image_78.png" /></figure>

Adapté de da Silva et coll. (2022)

Directes et actives, via de la signalisation :

<figure><img src="image_79.png" /></figure>

Subrahmaniam et coll. (2018)
# Interactions plante-plante

Indirectes et passives, via les ressources :

<figure><img src="image_74.png" /></figure>

Adapté de da Silva et coll. (2022)

Directes et actives, via de la signalisation :

<figure><img src="image_75.png" /></figure>

Subrahmaniam et coll. (2018)
Ex. de la facilitation à l'interface plante-sol

<figure><img src="image_80.png" /></figure>

Yu et coll. (2021)
Ex. de la facilitation à l'interface plante-sol

<figure><img src="image_76.png" /></figure>

Yu et coll. (2021)
# Explosion combinatoire

a

<figure><img src="image_81.png" /></figure>

<figure><img src="image_82.png" /></figure>

b

<figure><img src="image_83.png" /></figure>

Wuest et coll. (2021)
# Explosion combinatoire

a

<figure><img src="image_77.png" /></figure>

<figure><img src="image_78.png" /></figure>

b

<figure><img src="image_79.png" /></figure>

Wuest et coll. (2021)
Plasticité phénotypique, GxE et intégration multi-échelle

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

Environment

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

Trait in environment 1

Guntrip et Sibly (1998)
Plasticité phénotypique, GxE et intégration multi-échelle

<figure><img src="image_80.png" /></figure>

<figure><img src="image_81.png" /></figure>

Guntrip et Sibly (1998)
# Plasticité phénotypique, GxE et intégration multi-échelle

<figure><img src="image_86.png" /></figure>

Environment

<figure><img src="image_87.png" /></figure>

Trait in environment 1

<figure><img src="image_88.png" /></figure>

<figure><img src="image_89.png" /></figure>

Trait-trait relationships across scales

Vasseur et coll. (2022)
# Plasticité phénotypique, GxE et intégration multi-échelle

<figure><img src="image_82.png" /></figure>

Environment

<figure><img src="image_83.png" /></figure>

Trait in environment 1

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

Trait-trait relationships across scales

Vasseur et coll. (2022)
Co-sélectionner pour co-adapter

<figure><img src="image_90.png" /><figcaption>**Figure 2** Parallel recurrent selections for General Mixture Ability (SGMA) in two species. (1): Populations of selection candidates at cycle *n*, (2): Experimental evaluation of mixtures of progeny families of selection candidates from one species with a bulk of all progeny families of candidates from the other species, (3): Recombination of the selected candidates.</figcaption></figure>
Co-sélectionner pour co-adapter

<figure><img src="image_86.png" /><figcaption>**Figure 2** Parallel recurrent selections for General Mixture Ability (SGMA) in two species. (1): Populations of selection candidates at cycle *n*, (2): Experimental evaluation of mixtures of progeny families of selection candidates from one species with a bulk of all progeny families of candidates from the other species, (3): Recombination of the selected candidates.</figcaption></figure>
Take-home messages

► Les conditions de culture sont de plus en plus variables et donc imprédictibles.
Take-home messages

► Les conditions de culture sont de plus en plus variables et donc imprédictibles.
## Take-home messages

* Les conditions de culture sont de plus en plus variables et donc imprédictibles.

* Si les politiques publiques la soutiennent, la diversification est un levier majeur de gestion des risques.
## Take-home messages

* Les conditions de culture sont de plus en plus variables et donc imprédictibles.

* Si les politiques publiques la soutiennent, la diversification est un levier majeur de gestion des risques.
## Take-home messages

* Les conditions de culture sont de plus en plus variables et donc imprédictibles.

* Si les politiques publiques la soutiennent, la diversification est un levier majeur de gestion des risques.

* Lorsque le contexte agronomique change, les espèces doivent également évoluer.
## Take-home messages

* Les conditions de culture sont de plus en plus variables et donc imprédictibles.

* Si les politiques publiques la soutiennent, la diversification est un levier majeur de gestion des risques.

* Lorsque le contexte agronomique change, les espèces doivent également évoluer.
## Take-home messages

* Les conditions de culture sont de plus en plus variables et donc imprédictibles.

* Si les politiques publiques la soutiennent, la diversification est un levier majeur de gestion des risques.

* Lorsque le contexte agronomique change, les espèces doivent également évoluer.

* Des compétences en génétique et agroécologie sont nécessaires, associées à un intérêt pour les expérimentations au champ, la modélisation et les questions agricoles et alimentaires.
## Take-home messages

* Les conditions de culture sont de plus en plus variables et donc imprédictibles.

* Si les politiques publiques la soutiennent, la diversification est un levier majeur de gestion des risques.

* Lorsque le contexte agronomique change, les espèces doivent également évoluer.

* Des compétences en génétique et agroécologie sont nécessaires, associées à un intérêt pour les expérimentations au champ, la modélisation et les questions agricoles et alimentaires.
Vandermeer and Perfecto (2017) :

> We advocate for the encouragement of scientifically oriented agroecological promoters to take seriously advanced training in sciences such as chemistry, and plant physiology, but most importantly, modern ecology and mathematics.
Vandermeer and Perfecto (2017) :

> We advocate for the encouragement of scientifically orient-
ted agroecological promoters to take seriously advanced
training in sciences such as chemistry, and plant physio-
logy, but most importantly, modern ecology and mathe-
matics.
<figure><img src="image_91.png" /></figure>

Votre formation
d'ingénieur agro

<figure><img src="image_92.png" /></figure>

Vos stages et
expériences
professionnelles

@redpenblackpen

<figure><img src="image_93.png" /></figure>

La suite à imaginer !
<figure><img src="image_87.png" /></figure>

Votre formation
d'ingénieur agro

<figure><img src="image_88.png" /></figure>

Vos stages et
expériences
professionnelles

@redpenblackpen

<figure><img src="image_89.png" /></figure>

La suite à imaginer !
P. Gérard et S. Ben Sadoun d'AgroParisTech de m'avoir invité à présenter aujourd'hui.

Les collègues de mon unité GQE – Le Moulon avec qui j'échange
au quotidien, ainsi que les membres de projets interdisciplinaires
tels que MoBiDiv avec qui j'ai la chance de travailler.

Financements : INRAE, ANR, Min.Agri.
P. Gérard et S. Ben Sadoun d'AgroParisTech de m'avoir invité à présenter aujourd'hui.

Les collègues de mon unité GQE – Le Moulon avec qui j'échange
au quotidien, ainsi que les membres de projets interdisciplinaires
tels que MoBiDiv avec qui j'ai la chance de travailler.

Financements : INRAE, ANR, Min.Agri.