PHYTOGÉNÉTIQUE

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Interférences noyau-cytoplasme ; hérédités cytoplasmiques

Les processus de fusion de protoplastes, entre autres, ont amené les chercheurs à mieux étudier le cytoplasme comme voie d'expression, de contrôle et de régulation de l'information génétique. Mais on sait maintenant, en outre, que les membranes cytoplasmiques possèdent leurs propres unités d'information génétique. Les remarquables travaux de R. Sager et de ses collaborateurs sur l'algue monocellulaire Chlamydomonas ont permis d'établir une carte génétique d'un chromosome du chloroplaste. Les micro-injections de mitochondries réalisées par E. G. Diakumakos entre une souche sauvage de Neurospora et un mutant à croissance lente généralisent et précisent les données obtenues sur les caractères portés par les mitochondries de la levure. Les travaux de T. M. Sonneborn, J. Beisson, G. Adoute, sur la paramécie indiquent que de nombreux éléments membranaires sont porteurs d'information génétique. Ces « gènes » cytoplasmiques seraient d'ailleurs sensibles à des substances mutagènes spécifiques (acriflavine, bromure d'éthidium, trypaflavine, etc.).

De nombreuses analyses d'hérédité cytoplasmique chez les végétaux supérieurs sont aujourd'hui classiques : Correns sur Mirabilis jalapa, E. Baur et R. A. E. Tilney-Basset sur Pelargonium, P. Michaelis sur Epilobium, M. M. Rhoades sur maïs.

En France (1977), G. Belliard et G. Pelletier ont pu obtenir, après fusion somatique entre génotypes de tabac, de nouvelles formes végétales caractérisées par des nouveaux équilibres nucléo-cytoplasmiques apparemment stables et transmissibles.

Stérilité mâle

Les cas de stérilité mâle dont l'hérédité est cytoplasmique présentent un intérêt majeur à la fois pour l'amélioration des plantes et pour l'analyse de l'hérédité cytoplasmique : ils permettent, en effet, de réaliser des variétés hybrides (donc souvent très productives) chez des espèces où la biologie florale normale ne favorise pas la fécondation croisée ou rend fastidieuse la castration artificielle. Parmi de nombreux cas d'utilisation de cette stérilité, citons le maïs (bien qu'elle y pose quelques problèmes annexes), la betterave à sucre, le sorgho, le blé, les espèces potagères et florales (oignon, carotte, pétunia, etc.).

Un grand nombre d'arguments convergent pour localiser dans les mitochondries le site de cette stérilité (A. Bervillé, Y. Demarly). Une partie des mitochondries de ces plantes présenterait un défaut métabolique qui se traduirait par un dérèglement des bilans énergétiques (Y. Demarly).

On connaît des gènes nucléaires qui restaurent cette stérilité. On peut donc rendre fertiles – et ainsi obtenir un excellent rendement – des hybrides F1 (de blé, de maïs, de tournesol, etc.) obtenus en croisant une lignée mère à cytoplasme « mâle-stérile » par une lignée père sélectionnée pour sa forte aptitude à la combinaison avec cette lignée femelle et apportant les gènes de restauration de fertilité.

Les sélectionneurs ont cependant rencontré plusieurs obstacles dans l'utilisation de cette voie. D'une part, des caractéristiques défavorables semblent parfois liées au nouveau cytoplasme (baisse de rendement, sensibilité aux maladies, déficiences chlorophylliennes) ; d'autre part, la réunion dans un même champ de la lignée mâle et de la lignée femelle (mâle-stérile) ne suffit pas pour obtenir en quantité la semence hybride ; il faut encore vaincre les difficultés d'un pollen mal transporté par le vent (pollens lourds du blé) ou de l'absence d'un insecte pollinisateur adapté (radis japonais, soja, etc.). Enfin, l'hybride produit manifeste une vigueur générale qui se traduit notamment par une taille élevée des plantes, mais cette caractéristique n'est pas toujours avantageuse (plantes florales, céréales qui versent facilement, etc.) ; il faut donc pouvoir associer chez l'hybride des gènes réducteurs de taille. Les meilleures réussites ont été obtenues avec le nanisme des blés, des sorghos, des mils. Par contre, l'analyse fine de l'évolution de ces cytoplasmes et de leurs interactions avec le noyau entraîne de nouvelles conceptions sur la régulation de l'expression génétique.

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Écrit par :

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

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Pour citer l’article

Yves DEMARLY, « PHYTOGÉNÉTIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/phytogenetique/