Les biotechnologies végétales pour quoi faire?

L’introduction et l’utilisation des biotechnologies végétales sont étroitement liées à l’évolution de l’amélioration des plantes en tant que science.

Les objectifs de la sélection variétale sont:

Plus de productivité; plus de résistances aux maladies et aux pathogènes; Meilleures adaptations aux sols et aux climats; Meilleures adaptations aux techniques culturales; régularité de productivité et de forme; meilleures qualités culinaires et adaptation aux process de transformation industrielle.

La sélection classique:

La création de nouvelles variétés végétales possédant un ou de nouveaux caractères nécessite la maîtrise de la reproduction sexuée par des croisements contrôlés (en veillant à  distinguer les plantes allogames; autogames  ou hermaphrodites), les étapes successives de sélection (méthode de sélection généalogique ou pédigree) ainsi les recombinaisons génétiques (crossing-over) qui ont lieu lors des croisements

les plantes allogames sont des plantes qui préfèrent être pollinisées par un pollen différent .Les Plantes autogames préfèrent le mariage avec eux-même.

La sélection classique par le fait qu’elle repose entièrement sur processus de reproduction sexuée des plantes présente certaines limites qui peuvent être surmontées par les biotechnologies notamment la difficulté de réaliser des croisements interspécifiques entre espèces ainsi que le risque d’introduire lors de la sélection des caractères indésirables.Les biotechnologies permettent de dépasser la barrière de l’espèce mais également de maîtriser avec précision le ou les gènes nouvellement introduits et ceci par l’utilisation d’une technique couramment utilisée qui est la PCR (polymérase chain reaction).

La création d’une nouvelle variété étant directement liée au cycle de végétation et au nombre de génération successive, nécessite un délai très important avant d’être mis sur le marché.L’usage des biotechnologies réduit considérablement ce délai.

Biotechnologies végétales:

Les biotechnologies peuvent intervenir à plusieurs niveaux dans la plante:

• Au niveau cellulaire par l’utilisation des techniques d’hybridation somatique,d’haplodiploïdisation, multiplication in vitro etc…  ( certaines  de ces techniques seront traitées ultérieurement)
  •  L’utilisation des biotechnologies cellulaires est étroitement liée aux propriétés de la cellule végétale qui sont:
    •  la plasticité des cellules végétales ( adaptation rapide aux variations de l’environnement).
    • La totipotence des cellules (aptitude à la dédifférenciation ) qui permet aux cellules végétales prélevées sur un organe quelconque d’une plante et mise en culture in vitro de régénérer un individu complet et identique à la plante mêre.
• Au niveau moléculaire par la création d’une carte génétique, l’identification des gènes d’intérêts par le biais de sondes moléculaires.
• Hybridation des plantes par l’outil des biotechnologies appelé également la transgénèse.

Les biotechnologies cellulaires:

Les biotechnologies cellulaires permettent d’exploiter la diversité génétique existante de l’espèce et entre les espèces et d’introduction cette diversité  par mutagénèse; la technique de sauvetage d’embryon interspécifique; la fusion de protoplates et la variation somaclonale.

Principe de la technique du Sauvetage d’embryon interspécifique:

Si on croise une espèce sauvage de tomate avec une espèce cultivée de tomate, l’embryon issu de cette fécondation va avorter à cause de l’absence d’appariement des chromosomes lors de la prophase I de la méïose (synapsis). Pour éviter cette avortement, l’embryon immature sera prélevè et mise en culture dans une boite de pétri afin d’assurer la régénération d’un nouvel individu possèdant les caractèristiques des 2 espèces.

Principe de la technique d’hybridation somatique:

L’hybridation somatique consiste à fusionner des protoplastes de cellules (cellules végétales dont la paroi a été hydrolysée) d’espèces apparentées afin d’obtenir des plantes génétiquement transformée possèdant de nouveaux caractères agronomiques.

En théorie, la fusion permet d’obtenir toutes les combinaisons. Dans la réalité, de nombreuses régulations ont lieu au moment de la première mitose, rendant impossibles certaines combinaisons. De plus, ce n’est pas parce qu’il y a fusion qu’il y a addition des noyaux et des cytoplasmes. Il se produit des éliminations de matériel, dont les mécanismes sont inconnus.

Avec l’hybridation sexuée, entre deux espèces végétales voisines, deux compartiments génétiques ne seront pas exprimés dans l’hybride : les plastes et les mitochondries, qui sont hérités par la mère. Avec l’hybridation somatique, en fusionnant deux protoplastes d’espèces différentes, plus ou moins proches, les deux cytoplasmes peuvent s’exprimer dans la cellule obtenue, c’est-à-dire confronter les génomes chloroplastiques et mitochondriaux. Une variation génétique inaccessible par les voies classiques est alors disponible. Or de nombreuses résistances(comme la résistance aux herbicides) sont d’origine chloroplastique ou mitochondriale, donc difficilement transférables par les voies classiques. A l’aide de l’hybridation somatique, des résistances contenues dans les espèces sauvages ont pu être introduites dans une souche cultivée.

Principe de la technique d’haplodiploïdisation:

L’haplodiploïdisation consiste à obtenir des plantes à partir des gamètes mâles (microspores) ou des gamêtes femelles (sac embryonnaire). La technique utilisant les gamètes mâles porte le nom d’androgenèse, celle utilisant les gamètes femelle porte le nom de gynogenèse.

Après extraction des microspores polliniques , ceux-ci sont placés en culture in vitro afin de favoriser la multiplication cellulaire et la différenciation de celle-ci. La plante obtenue est haploïde c’est à dire qu’elle possède qu’un seul exemplaire de chromosome. Il faut alors procéder à la duplication du nombre de chromosomes par l’utilisation de colchicine (alcaloïde très toxique). A l’issue de ces différentes étapes, on obtient une lignées pures.

Cette technique à un grand avantage pour les selectionneurs. Elle permet de fixer les caractères d’une espèce durablement et de manière très rapide. Si on compare le temps qu’il faut entre le moment où l’on réalise le premier croisement de départ  et la 2ième année d’inscription, il faudra 9 à 10 ans pour créer une variété par le cycle de sélection classique et 6 à 7 ans par le cycle de sélection avec haplodipoïdisation. Il n’est pas nécessaire de procéder à des cycles d’autofécondations répétitifs comme dans la sélection généalogique.

Les biotechnologies moléculaires:

Les sociétés semencières se dirigent vers cette technique, afin d’étudier le polymorphisme des espèces végétales. Cette technique fait appel à des marqueurs moléculaires. Elle a pour avantage de distinguer deux individus très proches dont l’étude phénotypique classique ne le permet pas.Le polymorphisme est identifié sur la base de mutations neutres au niveau des séquences nucléotidiques ou de séquences spécifiques d’individus phénotypiquement identique.

Les marqueurs moléculaire peuvent être de 2 types:

Marqueurs biochimiques: ils correspondent à des formes différentes d’une même proteines (allèles/isozymes).

Marqueurs moléculaires: Ils correspondent à des régions du génome ou les séquences d’ADN sont polymorphes. Ces séquences peuvent correspondre à des séquences codantes ( régions transcrites en ARN et traduites en proteines) ou non codantes (régions régulatrices de la transcriptions).

 

Quelques précautions sont à prendre dans le choix des marqueurs moléculaires:

ils doivent être pluriallélique c’est à dire qu’ils possédent de nombreux alléles permettant de caractériser différents individus. Ces alléles me doivent pas avoir d’effet phénotypique . Les marqueurs doivent être codominants permettant ainsi de distinguer des individus hétérozygotes de ceux  qui sont homozygotes car ils présentent silmultanément les caractères des deux parents. Ils doivent être également indépendant des conditions de culture.

 Exemple d’un marqueur moléculaire RFLD (restriction fragment lingth polymorphism) et la technique southern blot:

Le marqueur RFLD permet de mettre en évidence un polymorphisme allélique correspondant à des mutations fonctionnelles neutres sur l’ADN et donc indécelable au niveau phénotypique. Ces mutations neutres peuvent être des additions, délétions ou substitutions de fragments d’ADN.

Ces mutations vont affecter des régions d’ADN appelées sites de restrictions (Les sites de restriction sont des séquences particulières de nucléotides qui sont reconnues par les enzymes de restriction comme des sites de coupures dans la molécule d’ADN) et ainsi modifier les profils de restrictions après l’analyse southern blot.

Principe de la technique southern blot: