Comprendre la reproduction des plantes pour améliorer les stratégies de sélection végétale

Publié par Isabelle le 11/06/2020 à 13:00
Source: INRAE
L'amélioration végétale consiste à créer de nouvelles variétés à partir des variétés existantes en croisant entre elles les plantes choisies pour leurs qualités respectives. Les meilleures plantes issues de ces croisements - les descendants - sont sélectionnées jusqu'à obtenir une plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles sont, avec les autres...) avec les qualités voulues. La reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux...) sexuée des plantes permet ainsi la sélection par générations successives de traits avantageux (résistance à certaines maladies, meilleure productivité, qualités gustatives...) grâce au brassage des génomes du père et de la mère. La diversité génétique (La diversité génétique est une caractéristique décrivant le niveau de variétés des gènes au sein d'une...) est donc un élément clé de la sélection variétale.


Photo: Un grain de maïs (Le maïs (aussi appelé blé d’Inde au Canada) est une plante tropicale herbacée annuelle de la famille des Poacées, largement cultivée comme céréale...) reposant sur un lit de graines d'arabidopsisthaliana. Ces deux plantes servant de modèle pour étudier le processus d'induction d'embryons haploïdes.
© INRAE - Thomas WIDIEZ.

Après le brassage génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité...) les combinaisons favorables sont ensuite stabilisées dans des lignées qui sont évaluées par le sélectionneur. Chez certaines espèces de plantes à fleurs, il existe une reproduction modifiée aboutissant à l'obtention d'embryons de plantes contenant le matériel génétique d'un seul des deux parents, fixant la variabilité génétique acquise aux générations précédentes en une seule étape et facilitant ainsi certaines étapes de la sélection variétale. Des chercheurs du laboratoire Reproduction et développement des plantes (Univ Lyon, ENS de Lyon, UCB Lyon 1, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), INRAE), avec la collaboration de Limagrain, font un état des connaissances actuelles sur ce processus atypique chez les plantes à fleurs. Leur analyse, publiée le 8 juin dans Nature Plants, fait ressortir de nouvelles perspectives à la fois pour la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche fondamentale à la recherche appliquée. Cette...) et pour la sélection variétale.

Chez toutes les plantes à fleurs (par exemple le maïs, le blé (« Blé » est un terme générique qui désigne plusieurs céréales appartenant au genre Triticum. Ce sont des plantes annuelles de la famille des...), la tomate (La tomate (Solanum lycopersicum L.) est une espèce de plante herbacée de la famille des solanacées, originaire du nord-ouest de l'Amérique du Sud, largement cultivée pour son fruit climactérique. Le terme désigne...)...), la reproduction sexuée présente un processus unique appelé double-fécondation. Lors de ce processus, deux fusions séparées et simultanées des gamètes mâle (père) et femelle (En biologie, femelle (du latin « femella », petite femme, jeune femme) est le sexe de l'organisme qui produit des ovules, dans le cadre d'une...) (mère) donnent la graine (Dans le cycle de vie des « plantes à graines », la graine est la structure qui contient et protège l'embryon végétal. Elle est souvent contenue dans un fruit qui permet sa...) qui contient d'une part l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) qui donnera la future plante, et d'autre part l'abumen, un tissu nourricier, qui alimente l'embryon en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) lors de la germination. Vers la fin des années 1950, des anomalies de double-fécondation ont notamment été découvertes chez le maïs où certaines plantes présentaient un processus modifié. Les embryons obtenus étaient haploïdes, c'est-à-dire qu'ils contenaient uniquement les chromosomes issus du matériel génétique de l'un des deux parents, sans la paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) complémentaire du deuxième parent. Pour être viables, ils dupliquaient leurs chromosomes à l'identique. Les plantes ainsi obtenues étaient des "lignées pures", c'est-à-dire qui produisent par auto-fécondation une descendance génétiquement identique à elle-même.

Ce processus modifié, appelé reproduction par induction haploïde, présente un grand intérêt pour la sélection des plantes car elle permet de fixer la variabilité acquise lors des étapes de sélection antérieures en deux générations contre sept en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient...) pour les plantes ne présentant pas cette anomalie de reproduction. Dans cet article, les découvertes récentes sur la reproduction par induction haploïde sont résumées et mises en relation afin de proposer de nouveaux modèles pouvant expliquer leurs fonctionnements.

Un nouveau modèle pour cette double-fécondation modifiée

Au cours des 60 ans de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) sur la reproduction par induction haploïde, deux hypothèses principales, qui ont souvent été opposées, sont apparues pour expliquer ce phénomène. La première est fondée sur l'absence de l'une des deux fécondations dans le processus de double-fécondation et la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure...) suppose une double-fécondation réussie mais suivie de l'élimination du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains...) de l'un des deux parents. A la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à la...) de récentes découvertes sur les processus moléculaires qui régissent la double-fécondation et de leur analyse, les chercheurs émettent une nouvelle hypothèse, compatible avec les deux hypothèses historiques: un défaut lors de la double fécondation (La fécondation, pour les êtres vivants organisés, est le stade de la reproduction sexuée consistant en une fusion des gamètes mâle et femelle en une cellule unique nommée zygote. Elle...) créerait une situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il...) propice pour la formation d'une graine viable mais contenant un embryon haploïde formé par l'élimination de l'un des deux génomes parentaux.

Cette analyse ouvre de nouvelles perspectives de recherche afin de mieux comprendre la reproduction des plantes et appréhender les questions de stabilité des génomes et du dialogue (Le dialogue est une communication entre deux ou plusieurs personnes ou groupes de personnes. Il doit y avoir au minimum un émetteur et un récepteur. Une donnée émise, c'est le message. Un code, c'est la langue et/ou le jargon. Un...) entre les gamètes mâle et femelle chez les plantes. Pour la sélection variétale, la meilleure compréhension de la reproduction par induction haploïde, et notamment les mécanismes de ce processus, est crucial pour une amélioration de l'efficacité des processus de sélection.

Référence:
Nathanaël M. A. Jacquier, Laurine M. Gilles, Douglas E. Pyott, Jean-Pierre Martinant, Peter M. Rogowsky and Thomas Widiez,Puzzling out plant reproduction by haploid induction for innovations in plant breeding, Nature Plant (Juin 2020) DOI: 10.1038/s41477-020-0664-9

Contact:
THOMAS WIDIEZ - UMR REPRODUCTION ET DÉVELOPPEMENT DES PLANTES

Centre:
Lyon-Grenoble Auvergne-Rhône-Alpes

Département:
Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire...) et Amélioration des Plantes
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