Ressources pédagogiques de la filière semences
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Faciliter l’introduction de nouveaux caractères

Utiliser la diversité de l’espèce et des espèces voisines

L’amélioration génétique d’une espèce cultivée repose sur l’exploration et l’utilisation de la diversité naturelle au sein de l’espèce afin d’associer des caractères intéressants. Toutefois, cette variabilité intraspécifique est plus ou moins importante selon les espèces. Le sélectionneur peut ainsi avoir recours à des croisements avec les formes sauvages. Mais il peut aussi utiliser des espèces voisines de l’espèce cultivée. Ces croisements interspécifiques sont classiques chez des espèces comme le colza, le tournesol, le blé, la betterave, la tomate, le melon, le haricot, la laitue…

Augmenter l’accès à la diversité génétique

Parfois les croisements interspécifiques se heurtent à des problèmes d’incompatibilité ou ne permettent pas toujours de travailler sur des caractères intéressants. Le sélectionneur dispose de techniques permettant de contourner ces difficultés :

  • Le sauvetage d’embryons interspécifiques. Cette technique permet d’élargir les croisements avec des espèces apparentées.
  • La fusion de protoplastes qui permet la fusion de cellules entre des espèces plus éloignées.
  • La mutagénèse induite qui induit des modifications ponctuelles du génome. L’étude de nombreux mutants peut aider à la recherche de caractères intéressants au sein d’une même espèce.
  • La mutagénèse dirigée qui correspond à une mutation ciblée obtenue par des outils de retouche génétique (édition de gènes).
  • La cisgénèse et la transgénèse qui permettent d’introduire dans une plante une caractéristique nouvelle, provenant de la même espèce ou d’espèces, de genres ou de règnes différents.

Toutes ces techniques de biotechnologies végétales impliquent, à un moment donné, un passage in vitro de la plante. Cela peut induire des modifications. Ces variations dites « somaclonales » peuvent être dues à une modification du génome nucléaire ou du génome des organites cytoplasmiques. Par cette méthode, il est possible d’obtenir une variabilité pour des caractères tels que la tolérance aux herbicides, la résistance aux maladies ou la tolérance à certains stress. Il en résulte la régénération de plantes qui présentent de nouvelles caractéristiques morphologiques et/ou physiologiques dont certaines peuvent être intéressantes au point de vue agronomique.

L'OBTENTION DE PROTOPLASTES

La présence de la paroi pectocellulosique des cellules est une des bar­rières aux échanges d’information génétique. On peut libérer les cel­lules d’un tissu végétal de cette enveloppe rigide grâce à l’action d’enzymes généralement extraites de champignons, qui dégradent la cellulose et la pectine de la paroi. Ces cellules nues ou protoplastes sont limitées uniquement par la membrane cytoplasmique et sont sphériques. Lors de leur mise en culture dans un milieu nutritif liquide, elles se gonflent d’eau et éclatent. Pour éviter ce phénomène de turgescence, des agents osmotiques (sucre-alcools : mannitol et sorbitol) sont ajoutés au milieu pour assurer leur stabilité.

Ces protoplastes peuvent être obtenus à partir de presque tous les tissus végétaux, mais ce sont généralement les parenchymes des jeunes feuilles qui sont utilisés pour leur préparation. A partir de ces protoplastes, il est possible d’obtenir de nouvelles plantes. Si les conditions de milieu sont favorables, la paroi végétale se reconstitue. Les organites cellulaires se réarrangent et les cellules entrent en division. Elles donnent ainsi naissance à des micro-colonies, puis des cals, amas de cellules indifférenciées. Transférés sur un milieu de régénération, les cals se développent en embryons somatiques qui donneront des plantules. De manière générale, les protoplastes de monocotylédones sont plus difficile à cultiver que les protoplastes de dicotylédones.

Applications

  • L’hybridation somatique. La propriété la plus importante des proto­plastes est leur capacité à fusionner entre eux lorsqu’ils sont placés dans un milieu approprié. Cette technique permet de surmonter les limites liées à la reproduction sexuée et de créer de nouvelles combinaisons entre noyau et cytoplasme.
  • La transformation génétique. Du fait de l’absence de la paroi pecto­cellulosique, l’introduction directe de l’ADN (construction génique) dans les cellules est facilitée.

Les agents stabilisants (osmotiques)

Généralement l’appel d’eau provoqué par le potentiel osmostique de la vacuole de la cellule est contrebalancé par la paroi végétale. La suppression de la paroi doit donc être compensée par l’adjonction dans le milieu extérieur d’agents plasmolysants, qui augmentent son potentiel osmotique, tels que des sucre-alcools en concentrations déterminées.