PHYTOGÉNÉTIQUE

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Remaniements de l'information génétique

Échanges chromosomiques intraspécifiques et interspécifiques

On sait réaliser des individus qui possèdent le stock chromosomique diploïde normal pour toutes les paires chromosomiques sauf une, qui peut être totalement manquante (nullisomique) ou représentée par un seul chromosome (monosomique), ou par trois (trisomique), ou par quatre (tétrasomique) chromosomes homologues.

C'est chez le blé que la plus grande maîtrise de ces équilibres chromosomiques a été acquise. En particulier, il est relativement facile de compléter au nombre normal la nullisomie d'une plante « receveuse » en la croisant avec un « donneur » tétrasomique pour la paire chromosomique concernée. Les équipes les plus avancées, comme celle de Riley en Angleterre, peuvent donc actuellement réaliser des hybrides où l'on substitue dans une variété un chromosome, voire parfois un fragment chromosomique, à celui d'une autre variété. On aborde ainsi une nouvelle phase dans l'hybridation où, éventuellement, on pourrait créer une variété modèle, résultant de la juxtaposition des « meilleures » paires chromosomiques prises dans une collection de lignées.

Cependant, la mise en œuvre de méthodes aussi sophistiquées nécessite un travail et un délai importants. Les ambitions des chercheurs n'en sont pas restées là et, dès maintenant, des remaniements plus profonds sont envisagés par d'autres voies telles que la fusion cellulaire et la transformation génétique.

Fusions cellulaires

Dans la recombinaison des caractères héréditaires, il a souvent été tentant de transférer les qualités d'une espèce à une autre : par exemple la pérennité et la rusticité des chiendents à la productivité et aux qualités meunières du blé, mais ce rêve et bien d'autres encore se sont évanouis devant la nécessité d'une compatibilité biologique suffisante lors de l'hybridation, ou d'une homologie rigoureuse des chromosomes, indispensable aux appariements de ces structures lors de la méiose. Or, dans le domaine des cellules animales, un événement très significatif, l'hybridation somatique entre deux lignées cellulaires différentes de souris, fut observé, en 1960, dans les laboratoires de G. Barski, S. Sorieul et F. Cornefort à Villejuif.

Sous l'impulsion de B. Ephrussi, les succès de cette technique se sont développés : augmentation de la fréquence des hétérocaryons (cellules possédant deux noyaux différents), extension de l'hybridation à des espèces éloignées (homme × souris, homme × hamster). Aujourd'hui, cette hybridation entre cellules animales, qui est suivie d'un rejet de certains chromosomes, permet la compréhension des interactions entre le noyau et le cytoplasme (co-expression, extinction, dosage des gènes) et surtout la localisation des caractères sur les chromosomes humains.

Un obstacle spécifiquement végétal s'opposait cependant à l'union des cellules : la paroi cellulosique qui forme un caisson rigide dont il faut se débarrasser pour obtenir une cellule « nue », le protoplaste, équivalente à la cellule animale.

Par des traitements enzymatiques décrits par E. C. Cocking (1960), puis par A. Ruesink et R. V. Thiman (1965), on a pu réaliser une attaque de cette paroi. Les principes du traitement sont simples, encore que l'obtention de protoplastes viables soit extrêmement délicate : on « digère » les parois cellulosiques et pectiques dans un milieu légèrement plasmolysant (sucrose, manitol, sorbitol, etc.).

Ces protoplastes peuvent être obtenus à partir de tissus variés : cotylédons, cambium, pétales, culture in vitro..., mais le mésophylle constitue la source le plus fréquemment utilisée.

Dès 1970, E. C. Cocking avait mis en évidence des fusions spontanées entre protoplastes de méristèmes racinaires traités au nitrate de sodium. En 1971, on arrivait à régénérer une plante entière à partir d'un protoplaste : les techniques ouvrant la voie à des transferts génétiques par fusion somatique étaient donc disponibles. De nombreux travaux les illustrèrent en perfectionnant les rendements de l'opération, notamment en utilisant le PEG (polyéthylène glycol) comme agent fusionnant. Parmi les expériences les plus marquantes, K. L. Giles (1972), entre deux maïs, W. A. Keller, entre vesce et soja, ont obtenu des complémentations cellulaires et des hétérocaryons viables ; P. S. Carlson reconstitue, à partir d'une fusion entre protoplastes de Nicotiana langsdorfii et de N. glauca, une plante ayant tout à fait les caractéristiques de l'hybride amphidiploïde sexué réalisé par ailleurs entre ces deux espèces : identité dans la forme des feuilles, le type de pilosité, dans les isozymes des peroxydases, obtention de tumeurs spontanées caractéristiques de cet hybride. Il se pourrait néanmoins que la production de protoplastes ne soit pas valorisée par des hybridations somatiques interspécifiques. En revanche, ces dernières seraient l'instrument idéal pour tenter des transformations génétiques. R. D. Hotchkiss (1971) résume ainsi le phénomène : « Des molécules d'ADN donneur peuvent transférer des déterminants génétiques étroitement « linkés » dans les cellules receveuses compétentes, donnant un intermédiaire qui (chez les bactéries tout au moins) est un hybride moléculaire d'ADN dans une cellule qui est hétérozygote entre l'organisme receveur et quelques marqueurs du donneur. » Dans certaines conditions, cette pénétration de l'ADN exogène (naturellement très rare) se réalise avec une fréquence non négligeable.

L. Ledoux (1969 et 1971) fait absorber de l'ADN marqué d'Escherichia coli par une petite crucifère : l'Arabidopsis. A. J. Bendich (1971) retrouve, après dix-sept heures d'incubation, 0,5 p. 100 d'ADN exogène dans des cellules de tabac, K. Ohyama et O. L. Gamborg (1973), dans l'Ammi visnago, la carotte et surtout le soja, mettent en évidence, eux aussi, la pénétration en quantité importante de l'ADN d'E. coli marqué au carbone 14.

Dans le même ordre d'idées, M. R. Davey et E. C. Cocking ainsi que R. J. Bogers ont pu observer des protoplastes englobant une bactérie ; la pénétration de bactéries du genre Rhizobium permettrait de réaliser in vitro la symbiose des légumineuses.

En marge de la transformation, les échanges d'organites cytoplasmiques par des protoplastes fusionnés pourraient être, eux aussi, une technique intéressante. C'est ainsi que Carlson a réussi à faire pénétrer et « répliquer » des chloroplastes verts fonctionnels dans des protoplastes d'un mutant albinos de tabac ; Giles a réussi une opération de même ordre sur des protoplastes de maïs. Cette technique, déjà réalisée sur des algues unicellulaires, est d'un très grand intérêt pour les végétaux cultivés, surtout si on peut l'étendre aux mitochondries.

L'enthousiasm [...]

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Écrit par :

  • : professeur universitaire, directeur de recherche à l'Institut national de la recherche agronomique

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Yves DEMARLY, « PHYTOGÉNÉTIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/phytogenetique/