La reproduction clonale par graines désormais possible chez les plantes cultivées
Publié par Isabelle le 15/01/2019 à 14:00
Source: INRA

©Tehno-Science.net
Cultivées dans le monde entier, les variétés hybrides F1, malgré leurs atouts indéniables, demeurent coûteuses à produire. Mais plus pour longtemps. En modifiant l'expression de certains gènes, des chercheurs de l'Inra, en collaboration avec l'Université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont le siège se trouve à Berkeley (Californie), comprenant dix campus situés dans l'État de Californie. Elle accueille 200 000...) Davis et le China National Rice Research Institute, sont parvenus à créer des plantes de riz (Le riz est une céréale de la famille des Poacées ou Graminées, cultivée dans les régions tropicales, subtropicales et...) hybrides dont les graines produisent des plantes strictement identiques à leur plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou...) mère. Leurs travaux, qui viennent d'être publiés dans les revues Nature et Nature Biotechnology, constituent une avancée majeure.

Les méthodes d'amélioration des plantes reposent, d'une part, sur la capacité à produire des combinaisons génétiques performantes à partir de croisements entre lignées et, d'autre part, à stabiliser ces combinaisons pour produire des semences possédant les mêmes caractéristiques.

Les hybrides F1 sont utilisés depuis les années 1930 en agriculture. Issus du croisement entre deux lignées pures de plantes présentant des gènes d'intérêt, ils cumulent les avantages de chacun des parents, ce qui se traduit par une vigueur hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement...) supérieure à la valeur de chacune des lignées parentales. Ils sont produits par l'élimination des organes mâles suivie de pollinisation (La pollinisation est le mode de reproduction privilégié des plantes angiospermes et gymnospermes. C'est un des services écologiques rendus par la...) manuelles (maïs, tomate) ou par la pollinisation contrôlée de plantes exclusivement femelles (colza, betterave). Cependant, en raison des échanges qui s'effectuent entre les chromosomes des hybrides F1 lors de la méiose, leur descendance ne possède pas leurs caractéristiques. Pour obtenir des plantes identiques, il est donc nécessaire de semer chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) des graines hybrides F1 obtenues à partir des mêmes lignées parentales.

De la méiose à la mitose

Depuis plusieurs dizaines d'années, les scientifiques cherchent un moyen de stabiliser les combinaisons hybrides performantes. Ils se sont notamment intéressés à l'apomixie, autrement dit la capacité de certains végétaux (notamment certaines espèces de pissenlits et d'aubépines) à produire des graines sans méiose ni fécondation (La fécondation, pour les êtres vivants organisés, est le stade de la reproduction sexuée consistant en une fusion des gamètes mâle et femelle...), donc sans reproduction sexuée. Les plantes issues de ces graines étant génétiquement identiques à la plante mère, il s'agit donc de reproduction clonale par graines. Les chercheurs de l'Inra ont récemment démontré qu'en inactivant, chez la plante modèle Arabidopsis puis chez le riz, trois gènes impliqués dans la méiose, on transforme celle-ci en mitose (procédé MiMe), avec pour conséquence des chromosomes identiques à ceux de la plante mère dans les cellules reproductrices ou gamètes. Mais pour parvenir à l'apomixie, une autre condition est nécessaire. Il faut que le gamète 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 reproduction anisogamique.) produise un embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) sans fécondation. C'est cette étape fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) qui vient d'être franchie, de deux manières différentes, grâce à deux collaborations entre l'Inra et l'équipe de Venkatesan Sundaresan de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Californie Davis d'une part, et celle de Kejian Wang du China National Rice Research Institute d'autre part. Ces deux équipes ont en effet découvert indépendamment deux moyens de lancer l'embryogénèse sans fécondation du gamète femelle par un gamète mâle.

Tout le portrait de sa mère

Pour cela, elles ont inactivé chez le riz, à l'aide de CRISPR-Cas9, les trois gènes impliqués dans le procédé MiMe mis en évidence par l'Inra. L'équipe de Venkatesan Sundaresan aux Etats-Unis a ensuite activé dans les gamètes femelles un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou...) dénommé BABYBOOM 1 qui, en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) normal, ne s'exprime qu'après la fécondation. En parallèle, l'équipe de Kejian Wang en Chine a inactivé le gène MATRILINEAL (aussi nommé NOT LIKE DAD), impliqué dans la fécondation. De cette façon, les deux équipes sont parvenus à déclencher l'embryogénèse sans fécondation, et à produire des grains de riz génétiquement identiques à la plante mère hybride. Mieux, l'équipe américaine a montré que ces clones produisent à leur tour des clones: après trois générations, ils sont encore identiques aux semences initiales. Il est donc possible de fixer la vigueur hybride dans la descendance d'hybrides F1 de riz!

Des perspectives phénoménales

Pour le moment, les taux de production de clones de graines obtenus par les équipes américaines et chinoises sont insuffisants pour envisager une application immédiate en production de semences, mais les chercheurs étudient déjà comment les améliorer.

Cette découverte pourrait, à terme, révolutionner les stratégies d'amélioration des plantes en permettant de créer des clones d'hybrides F1 pour la plupart des espèces d'intérêt agronomique. La simplicité du processus permettrait en outre de multiplier les combinaisons hybrides testées pour créer de nouvelles variétés, ce qui se pourrait se traduire par un accroissement de la diversité des variétés cultivées. Autre perspective lié à cette découverte: les agriculteurs pourraient ressemer les graines des plantes qu'ils ont cultivées, avec l'assurance d'obtenir la même vigueur hybride de génération en génération. Un avantage pour les agriculteurs, et plus particulièrement ceux des pays émergents (Les pays émergents sont des pays dont le PIB par habitant est inférieur à celui des pays développés, mais qui vivent une croissance économique rapide, et dont le niveau de...), pour qui l'achat annuel de semences représente un coût non négligeable. Pour être profitable à tous, cette révolution méthodologique devra s'accompagner de l'évolution du modèle économique des filières de création variétale et de production de semences.

Reproduction sexuée

Les plantes à graines cultivées se propagent par reproduction sexuée: un gamète mâle contenant la moitié des chromosomes du parent mâle féconde un gamète femelle contenant la moitié des chromosomes du parent femelle. L'embryon de 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 résulte de cette fécondation, et la plante qui en descend, contient donc les chromosomes de ses deux parents. Au cours de la méiose, les chromosomes parentaux de cette plante recombinent et les gamètes mâles et femelles possèdent des chromosomes portant un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat...) de l'information génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) de leurs parents. Ce processus se reproduit à chaque génération. Si les plantes s'autofécondent (cas du blé (« Blé » est un terme générique qui désigne plusieurs céréales appartenant au genre Triticum. Ce sont des plantes annuelles de la famille des graminées ou Poacées, cultivées dans de...) par exemple), leurs gamètes mâles et femelles s'homogénéisent au bout d'un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de générations et on aboutit à des lignées pures stables d'une génération à l'autre. Si les plantes se reproduisent par fécondation croisée (Croisée peut désigner :) (cas du maïs (Le maïs (aussi appelé blé d’Inde au Canada) est une plante tropicale herbacée annuelle de la famille des Poacées, largement cultivée...) par exemple), leur descendance est différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une...) des plantes mères à chaque génération.

En revanche, certaines plantes à graines se reproduisent par apomixie: leurs embryons se développent sans méiose ni fécondation. Les plantes qui en dérivent contiennent et transmettent donc uniquement l'information génétique de la plante mère. Certaines plantes non cultivées comme des pissenlits et des aubépines utilisent ce processus de reproduction clonale par graine.


Références publication:
A male-expressed rice embryogenic trigger redirected for asexual propagation through seeds. Imtiyaz Khanday, Debra Skinner, Bing Yang, Raphael Mercier & Venkatesan Sundaresan. Nature (2019). Doi: 10.1038/s41586-018-0785-8

Clonal seeds from hybrid rice by simultaneous genome engineering of meiosis and fertilization genes. Chun Wang, Qing Liu (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de l'astronomie chinoise. Son étoile référente (c'est-à-dire celle qui délimite la frontière occidentale de la...), Yi Shen, Yufeng Hua, Junjie Wang, Jianrong Lin, Mingguo Wu, Tingting Sun (Sun Microsystems (NASDAQ : SUNW) est un constructeur d'ordinateurs et un éditeur de logiciels américain.), Zhukuan Cheng, Raphael Mercier & Kejian Wang. Nature Biotechnology (2019). https://doi.org/10.1038/s41587-018-0003-0


Contact scientifique:
- Raphaël Mercier - Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) Jean-Pierre Bourgin (Inra, AgroParisTech)

Département associé:
- 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 naturelle des êtres vivants (ou...) et amélioration des plantes

Centre associé:
- Versailles-Grignon
Page générée en 1.046 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique