Ressources pédagogiques de la filière semences
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L'hybridation somatique

Au cours de la reproduction sexuée, les informations génétiques conte­nues dans le cytoplasme sont transmises par la mère. En revanche, la fusion de protoplastes conduit à une hybridation des noyaux, mais aussi à celle des cytoplasmes. Ceci est très intéressant pour le transfert et l’amélioration de caractères à hérédité cytoplasmique, comme la stérilité mâle. On parle d’hybridation somatique (car issue de cellules non reproductrices de la plante, Soma = corps).

Les protoplastes sont des cellules chargées négativement néanmoins il est possible d’observer quelque fusions spontanées (environ 5%). La fusion est obtenue sous l’action d‘agents chimiques (polyéthylène glycol et calcium) ou d’un choc électrique. L’étape suivante est la régénération de la paroi pectocellulosique et ainsi les protoplastes redeviennent des cellules. Leur division aboutit ensuite à la formation de microcals puis de cals. Enfin, la différenciation des tissus est induite par ajout d’hormones (auxine et cytokinine) pour reformer une plante entière.

Les travaux de sélection commencent sur la descendance de l’hybride somatique.

Applications pratiques

  • La première démonstration de fusion entre des protoplastes diffé­rents remonte aux travaux de Melchers et al, en 1978. Il recherchait des tomates cultivables à basse température et réalisa, à cette fin, des hybrides entre la tomate et la pomme de terre par fusion de proto­plastes : la pomate. Cette nouvelle espèce est malheureusement stérile ce qui a empêché son développement.
  • La pomme de terre cultivée, Solanum tuberosum, est une espèce chez laquelle l’introduction de caractères par fusion de protoplastes est faci­lement réalisable. Ainsi, à partir des espèces sauvages d’Amérique du Sud, notamment Solanum brevidens, on a pu introduire des gènes de résistance au virus de l’enroulement, aux virus Y et X, au mildiou et à la bactérie Erwinia.

LES DIFFÉRENTS HYBRIDES SOMATIQUES

Lors de la fusion, tous les échanges sont possibles entre deux protoplastes. Il est ainsi possible d’obtenir des degrés de fusion très variables.

Fusion des noyaux et des cytoplasmes

Lorsque la fusion des noyaux a lieu, il peut y avoir une recombi­naison plus ou moins importante entre les chromosomes des deux parents. Ce phénomène peut être utilisé pour transférer des gènes nucléaires. On cherchera notamment à obtenir des hybrides somatiques asymétriques, où seuls quelques fragments d’ADN du parent donneur seront introduits dans l’espèce receveuse. En effet, les cas de fusion importante de génomes entre espèces conduisent à des plantes souvent stériles comme la pomate. Pour favoriser ce transfert partiel, l’ADN du parent donneur est partiellement fragmenté par irradiation ménagée des protoplastes (rayons X) avant la fusion.

Fusion des cytoplasmes seuls : les cybrides

Très souvent, la fusion des noyaux n’a pas lieu et au cours des divisions successives, il ne subsistera que l’un des noyaux parentaux. Celui-ci sera associé à un cytoplasme composite ou recombiné. Il contient les organites cytoplasmiques de l’un et / ou de l’autre parent. On constate souvent une recombinaison des mitochondries. En revanche, les chloroplastes de l’un des deux parents sont souvent éliminés. Il y a alors modification des relations nucléo­cytoplasmiques.

L’obtention de ces cybrides peut être également provoquée. Dans ce cas des doses létales d’irradiation sont utilisées pour les cellules du parent donneur, afin d’inactiver complètement le noyau. Seuls seront transférés ses mitochondries et ses chloroplastes. Le parent receveur peut en plus être traité à l’iodoacétate, entraînant le blocage de ses organites. Ainsi, les cybrides issus de la fusion seront constitués du noyau du parent receveur et des organites du parent donneur.

Les caractères sous la dépendance de l’ADN mitochondrial ou chloroplastique ne sont pas à négliger. Ainsi, la stérilité mâle cytoplasmique est un caractère résultant de l’interaction noyau-mitochondrie. La résistance aux herbicides est parfois également codée par l’ADN chloroplastique.

UNE APPLICATION DE LA FUSION DE PROTOPLASTES

Le colza Brassica napus est issu d’un croisement naturel entre la navette B. campestris et le chou B. oleracea. L’espèce Brassica napus présente un fort hétérosis. Ainsi, il est apparu nécessaire de modifier la biologie florale, afin de mieux contrôler la reproduction sexuée, en vue de l’obtention de l’hybride. Des travaux ont été engagés sur la mise au point d’un système de stérilité mâle cytoplasmique. Chez une variété de radis japonaise, Ogura en 1968 a été découvert une stérilité mâle spontanée, contrôlée par le cytoplasme. Les chercheurs ont alors supposé qu’une plante qui aurait le noyau, les chloroplastes du colza, et les mitochondries du radis serait un colza mâle stérile. Pour obtenir ce colza, des techniques de fusion de protoplastes ont été mises en œuvre. Ceci s’est déroulé en deux étapes :

  • Introduction dans le colza de la stérilité mâle du radis par voie sexuée. La stérilité mâle du radis, introduite au départ dans le chou, a été transférée ensuite dans le colza par une série de rétro­croisements. On dispose ainsi de colzas mâles stériles, à cytoplasme de radis Ogura. Toutefois, en raison de l’absence de chloroplastes dans ces colzas, ils présentaient des défauts de verdis­sement et une absence de nectaires nécessaires à une pollinisation réalisée presque exclusivement par les abeilles.
  • Fusion de protoplastes entre ces hybrides et des colzas normaux. Elle a été réalisée en vue de sélectionner des plantes régénérées à chloro­plastes de colza, mais ayant des mitochondries recombinées, responsables de la stérilité mâle cytoplasmique.

Les techniques de fusion de protoplastes

  • La fusion par des méthodes chimiques. On peut neutraliser la charge électrique des protoplastes par des cations Ca2+ et un pH élevé. Ensuite, on utilise le polyéthylène glycol (PEG) qui provoque une forte agrégation des cellules et déstabilise la membrane plasmique. Après retour aux conditions initiales, les protoplastes fusionnent.
  • La fusion par des méthodes électriques. Cette technique, l’électrofusion, plus récente, utilise des champs électriques intenses et de courte durée, qui en déstabilisant les membranes entraînent la fusion des protoplastes.