Du téosinte au maïs : comment l'humanité a façonné les plantes cultivées

Pain de blé, flocons de maïs : aucune de ces plantes n'existait telle quelle il y a 10 000 ans. L'ancêtre sauvage du maïs, le téosinte, porte des épis de quelques centimètres, avec une dizaine de grains enfermés dans une enveloppe dure. Comment est-on passé de cette herbe aux épis de centaines de grains ?

Une plante, un organisme fixé

Une plante ne peut ni fuir ni chercher sa nourriture ; elle a d'immenses surfaces d'échange :

• les feuilles, minces et étalées, captent la lumière et, par leurs stomates, le CO₂ ;
• les racines, couvertes de poils absorbants, puisent l'eau et les ions minéraux : un pied de seigle de quatre mois développe plus de 600 km de racines ! Associées à des champignons, elles forment des mycorhizes : la plante échange des sucres contre de l'eau et des ions.

Le xylème conduit la sève brute (eau et ions) des racines vers les feuilles, tirée par la transpiration ; le phloème distribue la sève élaborée, riche en saccharose, aux organes qui consomment ou stockent.

Dans les chloroplastes, la photosynthèse produit la matière organique grâce à la lumière : 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Ces sucres deviennent saccharose (transporté), amidon (réserve) ou cellulose (parois) ; la plante en tire aussi la lignine du bois et des molécules de défense, comme la nicotine du tabac.

Se reproduire sans se déplacer

Dans la fleur, les étamines produisent le pollen et le pistil contient l'ovaire et ses ovules. La pollinisation apporte le pollen sur le pistil, par le vent (maïs, seigle) ou par des insectes attirés par le nectar, une relation de mutualisme. Le blé s'autoféconde surtout ; le maïs est allogame : son pollen féconde d'autres pieds. Après la fécondation, l'ovule devient la graine (embryon et réserves) et l'ovaire devient le fruit, qui aide à disperser les graines.

Tubercules, stolons, boutures : cette multiplication sans fécondation donne des clones, génétiquement identiques à la plante mère.

La domestication : une sélection par l'humain

Il y a environ 10 000 ans, au Proche-Orient (le « Croissant fertile »), des humains sèment blé, orge et lentilles ; le maïs l'est au Mexique il y a environ 9 000 ans, le riz en Chine, la pomme de terre dans les Andes. En ressemant chaque année une part de leur récolte, les agriculteurs ont sélectionné des allèles responsables d'un ensemble de caractères, le syndrome de domestication (graines plus grosses qui restent sur la plante et germent ensemble, port compact, moins de substances amères ou toxiques).

Exemple 1 : le blé qui ne s'égrène plus. Chez le blé sauvage, l'épi mûr se brise et ses grains tombent : c'est sa dispersion. De rares mutants ont un épi solide. En moissonnant à la faucille, les premiers agriculteurs récoltaient surtout les grains restés sur l'épi, ceux des mutants, et les ressemaient : sans le vouloir, ils ont fait monter la fréquence de l'allèle « épi solide ». Ce blé ne se ressème plus sans l'humain.

Exemple 2 : du téosinte au maïs. Le téosinte a de nombreuses tiges ramifiées ; le maïs, une seule tige à gros épis. Un allèle d'un seul gène, teosinte branched1, explique une grande part de ce changement : quelques gènes à effet fort, sélectionnés pendant des millénaires, ont transformé la plante.

Créer des variétés aujourd'hui

Le sélectionneur croise des plantes aux qualités complémentaires et trie leurs descendants. À partir de deux lignées pures, il obtient des hybrides F1 homogènes et souvent plus vigoureux (vigueur hybride) ; mais leurs graines donnent une descendance hétérogène, et l'agriculteur rachète ses semences. Le maïs hybride s'impose aux États-Unis dès 1930-1940.

Exemple 3 : la polyploïdie du blé. Le blé tendre (2n = 42) réunit les chromosomes de trois espèces ancestrales à 2n = 14 : son noyau compte 6 lots de 7 chromosomes, fruit d'hybridations suivies de doublements chromosomiques.

S'y ajoutent la transgenèse (le maïs Bt a reçu un gène de la bactérie Bacillus thuringiensis qui lui fait produire une protéine insecticide) et l'édition du génome par CRISPR-Cas9, mise au point en 2012.

Les enjeux

Sélectionner, c'est aussi perdre de la diversité : des champs d'une seule variété, voire d'un seul clone, partagent les mêmes faiblesses. À partir de 1845, le mildiou détruit les récoltes de pommes de terre en Irlande, et la famine fait environ un million de morts. Pour garder les allèles utiles demain (résistance à une maladie, à la sécheresse), on conserve variétés anciennes et plantes sauvages apparentées, comme dans la réserve mondiale de semences du Svalbard (Norvège). Rendements, pesticides, pollinisateurs, plantes éditées : ces choix agronomiques sont aussi des choix de société.

À retenir

• Vie fixée : grandes surfaces d'échange (feuilles, racines, mycorhizes) ; sève brute dans le xylème, sève élaborée dans le phloème.
• Après la fécondation, l'ovule devient la graine et l'ovaire le fruit ; la multiplication végétative produit des clones.
• La domestication a sélectionné, souvent sans le vouloir, les allèles du syndrome de domestication.
• Croisements, hybrides F1, polyploïdie, transgenèse et édition du génome créent des variétés ; préserver la diversité génétique est un enjeu majeur.

★ Pour aller plus loin

Chou pommé, brocoli, chou-fleur, chou de Bruxelles et chou-rave sont une seule espèce, Brassica oleracea : la sélection a hypertrophié un organe différent (bourgeon, inflorescence, tige).

La banane Cavendish de nos supermarchés est un clone stérile et triploïde. Sa devancière, la Gros Michel, a été ruinée au XXᵉ siècle par un champignon du sol, dont une nouvelle souche menace aujourd'hui la Cavendish.

Sources pour creuser

• Jamais seul, Marc-André Selosse (Actes Sud, 2017).
• Éloge de la plante, Francis Hallé (Seuil, 1999).
• De l'inégalité parmi les sociétés, Jared Diamond (Gallimard, 2000), sur les débuts de l'agriculture.
• Sur YouTube, la chaîne C'est pas sorcier : cherche « OGM » ou « céréales ».
• lumni.fr (lycée, SVT) et inrae.fr (institut public de recherche agronomique) : cherche « domestication ».