La génétique forestière est l'étude des « Ressources génétiques forestières » (RGF), c'est-à-dire du patrimoine génétique d’arbres ou de populations d’arbres, considéré dans sa diversité et ses fonctionnalités.
C’est un domaine scientifique récent et encore en développement. D’abord très orientée vers la sélection végétale à des fins d'arboriculture et de sylviculture avec un objectif d'« amélioration végétale »Arbez M (1986) Réalisations et perspectives de l'amélioration génétique des arbres forestiers en France . Revue Forestière Française. et depuis quelques années de certificat d'obtention végétale, elle s'est aussi étendue aux propriétés phytopharmacologiques des arbres, au génie génétique et à l'ensemble des composantes de la biodiversité des forêts, ainsi qu'aux services écosystémiques. Il doit aussi contribuer à une meilleure prise en compte de la biodiversité dans la gestion forestièreGosselin M & Paillet Y (2017) Mieux intégrer la biodiversité dans la gestion forestière : Nouvelle édition. Editions Quae. ; c'est l'un des domaines de la gouvernance locale, régionale et internationale de la biodiversitéHufty, M. (2001) La gouvernance internationale de la biodiversité. Études internationales, 32(1), 5-29.
Les arbres ont un génome complexe et de grande taillePrat D, Rampant P.F & Prado E (2006) Analyse du génome et gestion des ressources génétiques forestières. Editions Quae.. À ce jour, rares sont les arbres dont le génome a pu être complètement séquencé. De plus, l'épigénétique des arbres est encore balbutiante, de même que les approches métagénomiques, et en zone tropico-équatoriale où il y a le plus grand nombre d'espèces, l'obstacle taxonomique (manque de taxonomistes) limite ce travail.
Éléments de contenu et de définition Le patrimoine génétique forestier est une immense somme de gènes en évolution permanente et en interactions (entre eux et avec leur environnement). Les généticiens cherchent à mieux le cerner (via la génétique des populations) et à identifier les fonctions de certains gènes. Ils souhaitent comprendre ses origines et son histoire, y compris dans un intérêt prospectif (la diversité génétique étant l'une des sources d'adaptations futures aux changements environnementaux). Ils s'intéressent aussi aux mécanismes sous-jacents de son évolution, à ses dynamiques propres ainsi qu'à ses composantes épigénétiques. D'autres ou les mêmes s'intéressent aussi aux menaces qui pèsent ou peuvent peser sur la diversité génétique des forêts et des espèces qui les composent, et aux conditions de sa conservation et à ses éventuelles « pathologies » (ex. : maladies génétiques, maladies émergentes susceptibles d'être induites par des mutations délétères par exemple dues à des virus, le trou de la couche d'ozone ou d'autres agents mutagènes).
Pour cela, ils étudient les gènes, les « flux de gènes » et les contraintes et modalités de dispersion de ces gènes (via les pollens, les graines, les propagules). Ils explorent les spécificités génétiques propres à certaines espèces ou à certains contextes (milieux extrêmes, isolats, sols pollués, artificialisation, arbre urbain, etc.). Ils étudient les interrelations que les gènes des arbres entretiennent avec l’environnement (l'environnement modifie le génome et inversement).
Les fréquences géniques et génotypiques, le polymorphisme de gènes, l'hétérozygotie intra- et inter-populationnelle, le degré de « consanguinité », le degré de fragmentation des populations ou des sous-populations d’arbres, le degré de parenté des arbres au sein d’une même population ou avec des populations voisines, l'autochtonie et à la naturalité des peuplements forestiers ou d’arbres isolés, etc. sont autant de clés pour mieux comprendre les fonctions du génome de l'arbre.
La génétique forestière développe aussi des bases de données, des méthodes et des protocoles, des outils et moyens d’étude, d’évaluation et de suivi plus adaptés aux spécificités des arbres (longue vie, croissance lente, patrimoine génétique multiple, développements symbiotiques, etc.).
Valeur d'indicateur de la diversité génétique des arbres et de la forêt On cherche depuis plusieurs années à établir des indicateurs de biodiversité forestière (IBF) crédibles et adaptés aux arbres et à leur gestion, ou à la forêt en général. Des indicateurs d'état, pression et réponse sont testés pour les forêts et des plantations dans le monde, sous l’égide de l’ONU/FAO, d'ONG, d'instances nationales et de programmes scientifiques internationaux.
La diversité génétique (quand elle n'est pas artificielle) est facteur essentiel de biodiversité. Il serait donc utile de correctement l'évaluer, et de l'intégrer dans les indicateurs de gestion forestière, ainsi que dans les évaluations environnementales, dont pour les processus d'écocertification ou de certification forestière. Mais on ne sait pas encore la mesurer. Faute de mieux, des indicateurs taxonomiques classiques sont donc utilisés : le forestier peut mesurer la diversité des genres, des espèces et parfois des sous-espèces, phénotypes, variétés ou hybridesCécile Nivet, Ingrid Bonhême et Jean-Luc Peyron, Indicateurs de Biodiversité Forestière ; ECOFOR, PDF, 149 pages, . (nombre de taxons différents par unité de surface). Ceci traduit un degré d'abondance (et éventuellement un degré d’hétérogénéité ou d’homogénéité taxonomiques) à l’échelle d’une parcelle, d’un massif, d’une région, etc., mais sans rien dire de la diversité génétique qui caractérise une même espèce de cette forêt.
Or du point de vue patrimonial, la diversité génétique a une valeur intrinsèque particulière. Ainsi perdre une monoculture de clones de peupliers revient à perdre le génome d'un seul arbre (par ailleurs sans doute présent dans une autre peupleraie ou une banque de graines) alors que perdre la même superficie d'une taïga naturelle ne contenant qu'une seule espèce (épinette par exemple) correspond à une perte génétique bien plus importante.
Le nombre d'essences et éventuellement de leurs sous-espèces et hybrides d'une parcelle est maintenant approchée à partir des inventaires forestiers nationaux (il existe un IFN (Inventaire forestier national) en France, avec par exemple une synthèse faite par Nivet (page 41/149 essentiellement basée sur une étude coordonnée en 2007 par l’IFN (Hamza , 2007Hamza N., Boureau J.G., Cluzeau C., Dupouey J.L., Gosselin F., Gosselin M., Julliard R. et Vallauri D., (2007), Évaluation des indicateurs nationaux de biodiversité́ forestière. Nogent-sur-Vernisson : Gip-Ecofor-Inventaire forestier national, 133 p.. Ces données sont en France à utiliser avec précaution en raison d'une surévaluation du bois sur pied, avant 2010 (erreur de 20 millions de sur 103 millions de m3 de production annoncés selon la direction de l'ONF citée par le SNUPFEN en 2011Communiqué intitulé Dans un communiqué reçu jeudi 24 mars 2011, le Syndicat majoritaire de l'Office national des forêts (Snupfen Solidaires) informe que le protocole « produire plus » est terminé, suite à des erreurs d’estimation, consulté 2013-08-25.) et d’un mode de calcul réviséLa méthodologie utilisée.).
Un autre moyen d'approcher la diversité génétique d'un massif sans passer par la biologie moléculaire est d'étudier sa naturalité et son ancienneté (cf. critère 4 des indicateurs de gestion durable des forêts françaises métropolitaines), relatif à la biodiversité, à la fragmentation forestière, au caractère autochtone de l’arbre, ainsi qu’à son génome, via la diversité intraspécifique (encore imparfaitement mesurée, et à échelle plus ou moins locale)Collin E et al, 2012. « Indicateurs de la diversité intraspécifique chez les arbres forestiers ». In Nivet C, Bonhême I, Peyron J.L. (coords) - Lefèvre F, 2012. Les ressources génétiques, un réservoir pour les services de production et une dynamique pour la gestion des incertitudes. Revue forestière française, 3:in press..
L’évolution spatio-temporelle de l'abondance et de la diversité des gènes est aussi une information importante.
Enfin, la génomique forestière ne peut se limiter à celle de l'arbre stricto sensu : pour correctement évaluer la diversité génétique d'une forêt, il faut aussi évaluer celle des microorganismes symbiotes des arbres, qui incluent un grand nombre de taxons bactériens et fongiques pas encore découverts ou pas encore décrits par la Science, qui sont une sorte d'équivalent du microbiote intestinal et du microbiote cutané chez l'Homme, qui constituent un métagénome supplémentaire ou associé bien plus considérable que celui de son hôte (150 fois plus important que le génome humain dans notre cas).Dans ce domaine, des approches alternatives de quantification de richesse génétique sont en cours de développement, avec le métabarcoding notamment.
Comment se fait l’analyse génétique ? Les génomes des arbres sont si grands que s’il fallait en séquencer un grand nombre, cela consommerait une très grande quantité de mémoire de stockage en serveurs informatiques. Pour limiter ce problème, les informaticiens cherchent de nouveaux algorithmes de compression des données génétiquesBrandon, M. C., D. C. Wallace, et P. Baldi. 2009. « Data structures and compression algorithms for genomic sequence data ». Bioinformatics 25(14): 1731–1738.Deorowicz, S., et S. Grabowski. 2011. « Robust relative compression of genomes with random access ». Bioinformatics 27(21): 2979-2986.). À ce jour, ils travaillent donc au moyen de « marqueurs génétiques » supposés représentatifs.
Des outils récents existent qui permettent de mieux explorer le génome des arbres, et éventuellement celui de leurs symbiotes (dont via la « métagénomique »). Le « reséquençage » offre la résolution ultime idéale pour une étude précise de la diversité génétique, car il identifie potentiellement toutes les mutations d’un gène chez les individus d’une population échantillonnée. Mais pour le moment l’exhaustivité n’existe pas ; le séquençage génétique est encore réservé à quelques espèces d’intérêt commercial et/ou pour laquelle des visées transgéniques existent (peuplier par exemple).
Les études génomiques ont déjà apporté quelques surprises : par exemple le génome de l’avocatier a montré que - malgré son caractère « subtropical » (les espèces tropicales sont réputées caractérisées par une grande diversité génétique) et une pollinisation principalement croisée - sa variance génétique globale n'est pas exceptionnellement élevé par rapport à des espèces de zones tempérées ou par rapport à des plantes annuelles comme l'orge ou le maïs sauvageHaofeng Chen, Peter L. Morrell, Marlene de la Cruz et Michael T. Clegg, Nucleotide Diversity and Linkage Disequilibrium in Wild Avocado (Persea americana Mill) ; Oxford Journals ; Life Sciences ;Journal of Heredity ; Volume 99 Issue 4 ; ; J Hered (2008) 99 (4): 382-389. doi: 10.1093/jhered/esn016 First published online: 14 mars 2008 (résumé)..
Pour les espèces pour lesquelles on ne dispose que de peu d'informations génétiques, une certaine caractérisation génétique est possible à partir d’un échantillon dont l’ADN n'est pas dégradé (d'une graine par exempleMB McDonald, LJ Elliot, PM Sweeney (1994), « DNA extraction from dry seeds for RAPD analyses in varietal identification studies » ; Seed Science and Technology, 1994, vol. 22, , (15 ref.) fiche INIST/CNRS.).