The importance of Genetic Variation and Modeling to Cope with Climate Change Effects on Genetic Resources for Food and Agriculture

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Volume 85, Article 1

[Volume 85, Article 1]

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L'importance de la variation génétique et de la modélisation pour faire face aux effets du changement climatique sur les ressources génétiques pour l'alimentation et l'agriculture

Revue bibliographique

DJEMALI, M.

A. HAMROUNI

I. BEN ABDALLAH

N. ALBAKRI

I. DHOUADI

Laboratoire des Ressources Génétiques Animales et Alimentaires-INATn Université de Carthage, 43 Av. Charles Nicole 1080 Mahrajène Tunis

Abstract – Climate extremes are disastrous circumstances to animal and plant genetic resources. Traditional knowledge and scientific breakthroughs enabled the world to cope with nature between these climate extremes using a variety of genetic resources under different production systems to provide food for a growing population of more than 7 billion. Soil and water management and conservation are essential in sustainable agriculture but the secret of coping with climate change resides in the genes and mainly in their variation. The overall objective of this paper was to describe how genetic variation and modelling could be potential key elements in dealing with climate changes in agriculture. “Climate action” is the 13^th of the 17 SDGs of the United Nations 2030-Agenda. The first Earth Summit (1992) showed that human actions were dismantling the Earth’s ecosystems, eliminating genes at an alarming rate. Global warming was in 2017, plus 1 degree Celsius above the level of the preindustrial era and it is expected to grow. This reality should encourage breeders to include adaptation traits in future selection programs. The dominant genetic resources for food and agriculture in the world, however, are those produced by developed countries under optimum production systems mainly for high yields. Low yields of genetic resources native to the majority of developing countries were a major constraint for not selecting them. This was enhanced by the lack of skills and funding. Since 1898 the actual INAT and since 1932 the actual INRAT were pioneers in exploring and valuing the genetic diversity of cereals in Tunisia through breeding. More than 100 cereal varieties coping with Tunisia varying environments have been selected. When I left the National Gene Bank in 2012, it was the richest reservoir of autochthonous genetic diversity with 38000 plant accessions including 5000 repatriated from foreign gene banks. The Black Thibar sheep Breed was a wise matching of the genotype with its environment. Specific adaptation traits like heat tolerance and disease resistance are found in native unselected genetic resources. Some of them are lost forever and the remaining are being threatened by genetic erosion and anarchic crossings. National authorities and the world community should be aware that one of future tools to cope with climate changes reside in the genomes of these low input genetic resources. They already have genes allowing them to stand high temperatures, survive under the scarcity of water and feed resources. Modelling and breeding schemes are needed to enhance their productivities and better respond to climate change while reducing gas emissions. This paper shows the importance of animal genetic resources as a biological tool to cope with climate change and examines whether national priorities to mitigate the negative effects of climate change have considered this option.

Keywords: Climate, Genes, Production system, Gas emission, SDGs

Résumé- Les extrêmes climatiques sont des circonstances désastreuses pour les ressources génétiques animales et végétales. Les connaissances traditionnelles et les percées scientifiques ont permis au monde de faire face à la nature entre ces extrêmes climatiques en utilisant une variété de ressources génétiques sous différents systèmes de production pour fournir de la nourriture à une population croissante de plus de 7 milliards de personnes. La gestion et la conservation des sols et de l'eau sont essentielles dans l'agriculture durable, mais le secret pour faire face au changement climatique réside dans les gènes et principalement dans leur variation. L'objectif général de cet article était de décrire comment la variation génétique et la modélisation pourraient être des éléments clés potentiels pour faire face aux changements climatiques dans l'agriculture. « L’action pour le climat » est le 13e des 17 ODD de l'Agenda 2030 des Nations Unies. Le premier Sommet de la Terre (1992) a montré que les actions humaines démantelaient les écosystèmes de la Terre, éliminant les gènes à un rythme alarmant. Le réchauffement climatique en 2017 était plus 1 degré Celsius au-dessus du niveau de l'ère préindustrielle et il devrait augmenter. Cette réalité devrait inciter les sélectionneurs à inclure des caractères d'adaptation dans les futurs programmes de sélection. Cependant, les ressources génétiques dominantes pour l'alimentation et l'agriculture dans le monde sont celles produites par les pays développés dans des systèmes de production optimaux, principalement pour des rendements élevés. Les faibles rendements des ressources génétiques, originaires de la majorité des pays en développement, constituaient une contrainte majeure pour ne pas les sélectionner. Cela a été renforcé par le manque de compétences et de financement. Depuis 1898, l'INAT actuel et depuis 1932 l'INRAT actuel ont été des pionniers dans l'exploration et la valorisation de la diversité génétique des céréales en Tunisie à travers la sélection. Plus de 100 variétés de céréales adaptées aux différents environnements tunisiens ont été sélectionnées. Lorsque j'ai quitté la Banque nationale de gènes en 2012, c'était le plus riche réservoir de diversité génétique autochtone dans le pays avec 38000 accessions végétales dont 5000 rapatriées de banques de gènes étrangères. La race de mouton Noir de Thibar était un sage appariement du génotype avec son environnement. Des traits d'adaptation spécifiques tels que la tolérance à la chaleur et la résistance aux maladies se retrouvent dans les ressources génétiques indigènes non sélectionnées. Certains d'entre eux sont perdus à jamais et les autres sont menacés par l'érosion génétique et les croisements anarchiques. Les autorités nationales et la communauté mondiale doit être consciente que l'un des futurs outils pour faire face aux changements climatiques réside dans les génomes de ces ressources génétiques à faibles intrants. Ils possèdent déjà des gènes leur permettant de supporter des températures élevées, de survivre dans la pénurie d'eau et des ressources alimentaires. Des schémas de modélisation et de sélection sont nécessaires pour améliorer leurs productivités et leurs permettre de répondre biologiquement aux aléas climatiques tout en réduisant l’émission des gaz à effet de serre. Ce papier montre l’importance des ressources génétiques animales en tant qu’outil biologique pour faire face aux changements climatiques et examine si les priorités nationales pour atténuer les effets négatifs des changements climatiques ont pris en considération cette option.

Mots clés : Climat, gènes, système de production, émissions de gaz, ODD