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Un réseau, une richesse, une chance !

"Pense à celui qui a planté l'arbre dont tu manges les fruits"

(proverbe vietnamien)

Le Frêne n'a jamais fait l'objet d'un programme de création variétale à proprement parler en France. En tout cas, pas au même niveau que le Peuplier ou le Pin maritime dont l'importance économique est bien plus élevée. Mais cette situation tient aussi au fait que - jusqu'à récemment - le frêne était un arbre ... sans problèmes.

Jean DufourCependant, au milieu des années 1990 (et donc avant que la chalarose ne soit décrite) l'Unité d'Amélioration, Génétique et Physiologie Forestières (UR AGPF) de l'INRA Val de Loire (Orléans) a reçu pour mission de travailler à la création de variétés de Frêne commun. Cette époque a vu la conjonction de multiples opportunités de collaborations à l'échelle européenne, au travers de réseaux et de projets. Dispositifs INRADes graines ont été échangées entre instituts de recherche et Jean Dufour, Ingénieur de Recherche, a progressivement constitué un réseau de dispositifs de terrain pour la comparaison de provenances de Frêne commun. Dix-sept dispositifs ont été installés entre 1988 et 2009 sur des terrains publics (communaux) ou privés. Quinze de ces dispositifs sont toujours actifs. Les dispositifs sont répartis sur toute la France et regroupent différentes provenances (115 au total). Dans certains d'entre eux, les arbres issus de graines récoltées sur le même arbre-mère sont identifiés par un même code "famille" (on parle de familles de demi-frères).

Provenances INRAL'objectif initial de ce réseau était de mesurer la variabilité du Frêne pour trois paramètres simples : vigueur, précocité de débourrement végétatif (ou feuillaison) et forme (rectitude du tronc). Aujourd'hui, il constitue une véritable richesse pour la compréhension de l'interaction entre le Frêne commun et Hymenoscyphus fraxineus.

Sélectionner intelligemment

La sélection variétale : ce que fait la nature ...

La création de variétés de frêne résistantes est en effet la réponse la plus naturelle qui soit. C'est d'ailleurs celle qui intervient par ce processus qui s'appelle la sélection naturelle.

Mais dans ce cas, pourquoi ne pas laisser faire la nature ? Pour trois raisons principalement.

1- Parce que l'arrivée de la chalarose constitue une calamité sans précédent pour nos frênes. Lorsqu'un parasite est introduit dans un nouvel environnement, plusieurs scénarios sont possibles. Le plus fréquent est que cet évènement soit voué à l'échec parce que le parasite ne trouve pas d'hôte ou bien parce qu'il n'est pas en mesure de boucler son cycle biologique. La plupart des plantes sont résistantes à la plupart des parasites et c'est heureux. C'est ce qu'on appelle la résistance "non hôte". Le scénario le plus critique est celui où l'agent pathogène trouve une espèce hôte totalement démunie de résistance ou presque, ce qui est visiblement le cas des frênes commun et oxyphylle. Dans ce cas, laisser faire la sélection naturelle conduirait à n'avoir, à terme, que des frênes reliques, éloignés les uns des autres, incapables de se reproduire.

2- Parce que la sélection végétale a pour préalable la connaissance :

  • connaissance de l'interaction entre le frêne et le champignon, qui passe par la décomposition du phénomène en divers mécanismes (résistance, évitement, échappement, tolérance), à différents niveaux de l'arbre (des racines jusqu'aux feuilles) et à différents stades de son développement.
  • connaissance de la variabilité qui existe pour ces mécanismes chez le Frêne, que se soit entre populations ou à l'intérieur des populations.
  • connaissance de la transmissibilité de ces mécanismes d'une génération à l'autre (on parle d'héritabilité).
  • connaissance de la variabilité du champignon et de son potentiel d'adaptation.

Il est évidemment possible de sélectionner sans connaissance préalable, en identifiant des frênes résistants dans les peuplements atteints de chalarose (et il faut le faire !). Mais seule cette somme de connaissances permet d'imaginer ce que l'on appelle un "schéma de sélection" adapté à la situation et qui vise à une réponse durable.

3- Enfin, parce que la chalarose ne doit pas détourner notre attention des autres menaces qui pèsent, malheureusement, sur le frêne. En effet, un autre parasite - lui aussi d'origine asiatique - se rapproche inéluctablement : l'Agrile du Frêne (Agrilus planipennis, coléoptère). Ce coléoptère dont les larves se nourissent du bois conducteur de sève situé sous l'écorce (le phloème) est présent en Amérique du Nord depuis 2002 où il provoque des dégâts considérables chiffrés à plus de 10 milliards de dollars. Détecté à Moscou en 2003, on a du mal à imaginer qu'il y reste cantonné.  Si la sélection naturelle exercéeagrilus planipennis par chalara conduit à une baisse drastique de la variabilité génétique du Frêne, il risque de se trouver irrémédiablement démuni face à cette prochaine invasion. Ne pas tomber de Charybde en Scylla sera très difficile. Seule une gestion raisonnée de la diversité génétique du Frêne dans les programmes de création variétale, et surtout la mise en œuvre d'un programme de conservation des ressources génétiques du Frêne (commun, oxyphylle et peut-être à fleurs), permettront de préserver la diversité génétique menacée par la chalarose. En effet, un frêne peut être sensible à la chalarose et résister à l'agrile. S'il meurt de chalarose, ses gènes de résistance à l'agrile sont perdus.

Premiers résultats et conséquences pour la sélection

Premiers résultats, premières conclusions

Elaborer une stratégie de création variétale qui apporte une solution durable au problème de chalarose nécessite de répondre au préalable à plusieurs questions. Plusieurs d'entre-elles sont listées ci-dessous, avec les éléments de réponse que nous avons déjà obtenus et les conclusions qui nous semblent s'imposer.

Dispositif INRA de DeveceyLes résultats présentés sont tous issus de notre dispositif expérimental de Devecey (Doubs). Situé à quelques kilomètres du lieu où la chalarose a été détectée pour la première fois en France en 2008, il est le premier de nos dispositifs de terrain à avoir été touché. Ce dispositif contenait à l'origine 788 frênes communs issus de 3 provenances de l'Est de la France. On dit qu'il est "structuré en familles" car la traçabilité des graines utilisées permet de dire quels arbres sont demi-frères (arbres issus de graines récoltées sur le même arbre mère). Il a été planté en 1995 avec des plants de 2 ans, les arbres avaient donc 22 ans en 2015.

Existe-t-il une variabilité pour la résistance à la chalarose chez le frêne ?

Voici l'évolution de l'état sanitaire des arbres au houppier dans le dispositif de Devecey entre 2010 et 2015 :

 Evolution de la chalarose dans le dispositif INRA de DeceveyAfin de ne pas confondre la résistance avec l'échappement qui est le simple fait pour l'arbre de ne pas avoir été infecté par le champignon, il est important de comparer les arbres dans des environnements où le champignon est bien installé. On voit très clairement qu'en 2010, année d'apparition de la maladie dans cet essai, très peu d'arbres présentaient des symptômes au houppier car beaucoup ont échappé au champignon, encore peu présent sur le site. Le taux d'individus sans symptômes au houppier chute ensuite très rapidement pour atteindre 3% seulement en 2015. La mortalité, en revanche, évolue très lentement pour atteindre 12% en 2015.

Ces évolutions semblent caractéristiques de l'épidémie de chalarose : une mortalité qui augmente significativement après 5 ans d'exposition à la maladie et un très faible taux d'individus sains, de l'ordre de 1 à 2%.

Ces résultats incitent fortement à ne pas nous en remettre au seul processus de sélection naturelle. En effet, si seule une infime proportion d'individus est en mesure de résister au champignon, les peuplements de frêne sont menacés, à terme:

1) de ne pouvoir se régénérer du fait de l'éloignement des arbres encore vivants

2) de subir une très forte perte de diversité génétique qui les rendra encore plus vulnérables dans le futur

 

Le niveau de résistance des frênes est-il variable selon leur origine géographique ?

La question est de savoir si certaines provenances sont à privilégier par rapport à d'autres. Le dispositif de Devecey ne contient que trois provenances géographiquement proches et nous n'avons trouvé aucune différence significative entre ces trois provenances pour le niveau de sensibilité à la chalarose.

Sur la base d'échantillonnages plus vastes, plusieurs de nos confrères étrangers sont arrivés à la même conclusion d'absence de différences entre provenances de Frêne commun pour la résistance à chalara. Seule une étude Lituanienne, où 44 provenances issues de plusieurs pays européens ont été comparées, fait état de différences significatives. Mais les auteurs ont tempéré leur résultat en précisant qu'ils avaient évalué l'état général des arbres (pas uniquement les dégâts dus à chalara) et que des gelées tardives dans leur plantation comparative ont certainement défavorisé les frênes originaires des pays du Sud de l'Europe.

Les décalages temporels qui peuvent exister entre populations mais aussi au sein des populations de Frêne pour les stades de développement saisonniers (ce que l'on appelle la "phénologie"), méritent cependant d'être analysés avec plus de précision. En effet, plusieurs auteurs ont constaté une relation négative entre l'intensité des dégâts de chalarose et la précocité de débourrement (feuillaison) ou de sénescence/chute des feuilles. Nous avons nous mêmes observé cette tendance en étudiant la relation entre les dégâts au houppier observés en 2015 et la précocité de feuillaison mesurée sur le dispositif de Devecey en 1996 (la phénologie est réputée comme étant un caractère stable au cours de la vie d'une plante) :

Relation entre chalarose et précocité de débourrement

Il est probable que cette relation ne relève pas à proprement parler d'une forme de résistance mais plutôt de ce que l'on appelle "évitement". On imagine aisément que si les feuilles tombent avant que le champignon n'ait pu pénétrer le rameau, les dégâts sont fortement minimisés.

Le fait que la résistance à chalara ne semble pas plus fréquente dans une région géographique que dans une autre est une bonne nouvelle. En effet, ce résultat autorise à penser qu'il sera possible de sélectionner des frênes qui soient à la fois résistants à la chalarose et adaptés à différentes conditions climatiques.

L'adaptation locale reste cependant à étudier plus précisément chez le frêne. Evidemment, il faut éviter les grands changements de latitudes, mais à l'échelle de la France rien ne garantit qu'il y ait une réelle contre-indication à utiliser du Frêne de Normandie en Lorraine ou dans le Massif Central par exemple. Nous espérons apporter des éléments de réponse à cette question, en particulier par l'étude de la variabilité pour la phénologie de feuillaison et de sénescence, entre populations et au sein des populations de Frêne commun.

 

Cette variabilité est-elle d'origine génétique et transmissible à la génération suivante ?

Lorsque l'on compare les moyennes de 23 familles présentes dans le dispositif de Devecey, on constate une très grande variabilité pour l'infection au houppier. Ceci est une preuve que le patrimoine génétique n'est pas sans conséquence sur la sensibilité à la chalarose.

En génétique, on estime un paramètre que l'on nomme "héritabilité au sens strict" et qui permet de prédire si la sélection sur un caractère (par exemple la résistance à une maladie) sera efficace pour améliorer le niveau de ce caractère dans la génération suivante. Comme illustré par la figure ci-dessous, ce paramètre d'héritabilité varie entre 0 et 1 ; plus il est élevé plus le caractère étudié est dit "héritable".

Sur la base des données du site de Devecey, nous avons estimé l'héritabilité de la résistance au houppier à 0,42 et celle de la résistance au collet à 0,42 également. Il s'agit là de valeurs d'héritabilité modérées qui autorisent la sélection (des parents résistants donneront une meilleure descendance que des parents sensibles) mais qui indiquent que la génération suivante sera malgré tout très variable et nécessitera un tri.

Verger à graines des EcoulouettesEn forêt française, lorsqu'il est planté et non issu de régénération naturelle, le frêne est commercialisé sous forme de plants issus de semences (on parle de Matériel Forestier de Reproduction, ou MFR). Jusqu'ici, ces semences étaient essentiellement issues de peuplements représentatifs de diverses régions (provenances) tandis qu'une autre partie provenait de ce que l'on appelle un verger à graines. La stratégie du verger à graines, où l'on mettrait en présence des arbres résistants afin d'en récolter la descendance, semblait initialement à privilégier pour répondre au problème de chalarose. Nos résultats montrent cependant que les graines issues d'un tel verger seraient très variables et nécessiteraient une deuxième étape de sélection.

C'est pour cette raison qu'il semble plus efficace, à court terme, de cloner les arbres qui auront été sélectionnés pour leur résistance, et donc de produire des variétés clonales comme il s'en fait pour le peuplier ou le merisier par exemple (voir la FAQ pour mieux comprendre ce que clonage veut dire).


La résistance s'exprime-t-elle indifféremment quelle que soit la partie de l'arbre considérée ?

Comme l'illustre la figure ci-dessous, il existe une certaine relation entre les sévérités des symptômes qui s'expriment au houppier d'un arbre (défeuillaison) et à la base de son tronc (nécroses au collet).

Relation entre symptômes au houppier et symptômes au collet

On voit clairement que les arbres les plus sensibles au houppier sont - en moyenne - les plus sensibles au collet. Cependant, cette relation n'est pas complète puisqu'il est possible de trouver des arbres fortement dépérissants au houppier et sans nécroses au collet et vice-versa.

Il est donc indispensable d'évaluer la résistance des frênes au houppier et au collet. Le greffage pourrait être envisagé comme une stratégie permettant de combiner un très bon niveau de résistance au collet (porte-greffe) et un très bon niveau de résistance au houppier (greffon). Il s'agit cependant d'une méthode de reproduction du frêne qui est couteuse et, de fait, plus adaptée aux frênes d'ornement qu'aux frênes forestiers.

 

La résistance est-elle stable dans le temps ?

C'est LA question essentielle est celle à laquelle il est le plus difficile de répondre.

"Avec le temps" sous-entend deux choses : 1) quel que soit l'âge de l'arbre et 2) pendant toute la vie de l'arbre et donc quelles que soient les souches du champignon auxquelles il sera confronté. Répondre aux deux volets de cette question nécessite :

  1. de suivre des arbres depuis le stade semis et sur de nombreuses années. Cela n'a pas encore été fait.
  2. d'étudier la diversité du champignon à une échelle très fine, c'est à dire dans chaque parcelle étudiée et sur plusieurs années. Cela n'apporte cependant aucune garantie quant au risque d'apparition de souches plus agressives chez le champignon.

Seule une compréhension de l'interaction entre l'arbre et le champignon et de la variabilité des deux protagonistes permettront de répondre avec certitude à cette question.

Dans l'immédiat la solution la plus pragmatique consiste à limiter les risques en diversifiant les sources de résistance, c'est à dire en ne faisant pas reposer l'avenir du frêne uniquement sur quelques arbres résistants.

 

Tolérance plutôt que résistance ?

D'autres caractères peuvent être sélectionnés face au risque de chalarose. L'évitement et l'échappement cités plus haut en font partie. Nous doutons cependant de l'efficacité d'une stratégie qui reposerait uniquement sur la phénologie, et donc sur des décalages temporels entre les cycles de développement de l'arbre et du champignon. Ils sont en effets soumis aux aléas climatiques et devraient certainement venir en complément d'une sélection pour la résistance proprement dite.

Une stratégie complémentaire et que l'on imagine plus durable consisterait à sélectionner des frênes qui soient tolérants à la chalarose, c'est à dire qui sont capables de maintenir leur potentiel de survie/croissance/reproduction tout en étant sensibles à la maladie.

La difficulté réside dans le fait qu'évaluer le niveau de tolérance d'un frêne à la chalarose nécessite de connaitre son potentiel de croissance en l'absence de chalarose et toutes choses égales par ailleurs (site de plantation, âge des arbres etc.). Ce type de mesure est facilement réalisable sur des plantes que l'on est en mesure de bouturer (cloner) et donc de reproduire à l'identique, or le frêne se bouture relativement difficilement. Il faut également disposer de fongicides permettant d'éliminer le champignon pour accéder au potentiel de croissance évoqué précédemment.

Cette piste sera explorée une fois ces verrous techniques levés, et cette stratégie viendra en complément d'une sélection pour la résistance proprement dite.

 

Anticiper et conserver

Anticiper

Parce que nous avons espoir de pouvoir diffuser à court terme des variétés de frêne sélectionnées pour la résistance à la chalarose, nous développons et acquérons les connaissances et les outils nécessaires à l'hybridation et à la multiplication du frêne :

- Etude du système de reproduction du frêne commun en partenariat avec le laboratoire d'Ecologie, Systématique et Evolution de l'Université de Lille 1 :

 Philippe VernetFleurs de frêne sur gélose

- Multiplication végétative du frêne par greffage et (plus difficile) par bouturage en partenariat avec les Pépinières Lemonnier :

Greffes de frêne

- Culture in vitro au sein de notre laboratoire dédié :

Embryons de frêne stade 1Embryons de frêne stade 2

Vitroplants de frêneAcclimatation de jeunes plantules de frêne

Sauvegarder

La conservation des ressources génétiques du frêne est un chantier qu'il nous semble urgent d'ouvrir et pour lequel nous sommes en quête de moyens d'action et de collaborations. En effet, la chalarose progresse inéluctablement, emportant avec elle des arbres dont le patrimoine génétique est irrémédiablement perdu. Or un frêne peut être sensible à la chalarose et présenter par ailleurs des caractères intéressants (résistance à d'autres maladies ou insectes, tolérance au froid, vigueur ...). Si nous ne souhaitons pas transposer la cigale et la fourmi en "le frêne se retrouva fort dépourvu quand l'agrile fut venue", il est urgent de conserver la diversité génétique du frêne, ce qui nécessite de répondre au préalable aux questions suivantes :

  • comment échantillonner (car il est impossible de conserver tous les frênes) ?
  • quel type de matériel végétal conserver ? Des arbres, des graines, du pollen, des bourgeons ?
  • où et comment conserver ?
  • comment faire en sorte de pouvoir ensuite réutiliser cette diversité au bénéfice du frêne ?

Il nous semble également qu'il faudrait étendre la réflexion au frêne oxyphylle lui aussi menacé par la chalarose.

Actuellement, plus de mille lots de graines de frêne (essentiellement frêne commun) issus de toute l'Europe sont conservés à l'INRA à une température de -7°C. Ces lots sont des reliquats du matériel végétal qui a été planté en dispositifs. Ils ne constituent donc pas une collection représentative de la diversité du frêne et ce mode de conservation ne garantit pas une durée de stockage suffisante. Il s'agit cependant de la seule banque de graines de frêne disponible en France ...

Collection INRA de graines de frêneLot de graines de frêne

 

Projets en cours

Une grande part de nos travaux est financée par le Ministère de l'Agriculture (Bureau de la Gestion Durable de la forêt et du bois). Ces financements sont dirigés en priorité vers l'évaluation de notre réseau de dispositifs de terrain. Très récemment, une demande a été formulée afin que l'INRA élabore un programme de conservation des ressources génétiques du frêne.

Logo du Ministère de l'Agriculture

Sur la période 2015-2017, nous sommes également partie prenante d'un projet mutlipartenarial coordonné par le Centre National de la Propriété Forestière (CNPF) et financé à la fois par le Ministère de l'Agriculture (Département de la Santé des Forêts) et l'interprofession (France Bois Forêt) : le projet CHALFRAX. La plaquette de présentation de ce projet est disponible ici

Logo du projet Chalfrax

Le frêne fait par ailleurs partie des espèces concernées par un projet financé par la Région Centre Val de Loire : le projet SPEAL (désormais SPEAL 2). Il s'agit d'un projet de sélection participative associant pépiniéristes et chercheurs. Un site web est spécifiquement dédié à ce projet.

 

Ce n'est pas faute d'avoir essayé ...

Nous cherchons à défendre la cause du frêne et à proposer des actions de recherche dès que l'occasion se présente. Pour ce faire, nous répondons régulièrement à des appels à projets émanant de différents financeurs. Malheureusement, la compétition est rude et les échecs ne sont pas rares. En voici la liste :

  • 2016

1- un projet européen (appel à projets "Interreg Atlantique") avec des partenaires Irlandais, Anglais, Portugais et Espagnols afin de proposer une stratégie de sélection et de conservation des ressources génétiques du frêne à l'échelle européenne.

2- un projet national (appel à projets "GRAINE" de l'ADEME) à l'initiative du Parc Naturel Régional de l'Aubrac afin de guider les gestionnaires du parc dans une stratégie de sélection de frênes têtards résistants à la chalarose.

  • 2017

1- un projet intitulé "Sauvons le Frêne d' Europe (Save European Ash) " a été proposé au réseau d'excellence européen EVOLTREE. Dans ce projet, nous avions proposé d'utiliser des outils moléculaires de dernière génération pour caractériser la diversité présente dans la collection de graines de Frêne que l'INRA a constituée depuis plus de vingt ans. Cette collection couvre 11 pays européens et il s'agit, à notre connaissance, de la seule collection de ce type en Europe. Certaines graines ayant été collectées avant l'arrivée de la chalarose et d'autres après, ce travail aurait permis de quantifier l'impact de la maladie sur la diversité globale de l'espèce.

 

Nos publications

Publications grand public

- La chalarose du frêne, une synthèse rédigée pour le catalogue des pépinières Lemonnier (2016), téléchargeable ici

Publications techniques

 - La chalarose du Frêne en France, un article co-signé par les chercheurs de l'INRA de Nancy (UR IAM) et de l'INRA Val-de-Loire (UR AGPF) pour le numéro 228 de la revue Forêt-Entreprise (2016)

Publications scientifiques

- Rising Out of the Ashes: Additive Genetic Variation for Crown and Collar Resistance to Hymenoscyphus fraxineus in Fraxinus excelsior, Dr. Facundo Muñoz, Dr. Benoit Marçais, Mr. Jean Dufour, and Dr. Arnaud Dowkiw, Phytopathology (2016) et en version non définitive mais libre de droits ici