LES CENT DERNIÈRES ANNÉES – QUAND L`AMÉLIORATION

BIOTECHNOLOGIE
Sélection effectuée à l'aide de marqueurs moléculaires
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D’INFORMATION
BIOTECHNOLOGIE & AGRICULTURE
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LES CENT DERNIÈRES ANNÉES – QUAND L’AMÉLIORATION GÉNÉTIQUE
CONVENTIONNELLE DES CULTURES CROISE LE CHEMIN DE LA
BIOTECHNOLOGIE
Dans les années 20, les scientifiques ont découvert qu’ils pouvaient accroître la fréquence des mutations
et par conséquent, des nouveaux traits, en traitant les cultures par rayonnement ou avec certains
produits chimiques. Même si les mécanismes de la mutagenèse sont restés méconnus pendant des
dizaines d’années, la sélection par mutation a connu un vif succès dans la création de nouveaux traits
utiles pour l’introgression dans des lignées actuelles. Les scientifiques qui font l’amélioration génétique
des cultures savent maintenant que différents mutagènes peuvent occasionner diverses sortes de
mutations. Par exemple, les rayons gamma causent souvent des cassures double brin d’ADN et les
substances mutagènes causent souvent une excision de la nucléotide ou un mauvais appariement. Si
les dommages ne sont pas réparés correctement, la mutation induite qui en découle pourrait
occasionner un trait de culture désirable. Une bonne connaissance du mécanisme de dommages et
réparations peut guider un phytogénéticien dans son choix de mutagène. La sélection par mutation a
généré plus de 3000 différentes variétés végétales depuis environ 170 espèces différentes, y compris le
blé, le riz, l’orge, le soya, les pommes de terre et les pamplemousses. Depuis 1987, les scientifiques en
Chine utilisent des rayons cosmiques pour la sélection par mutation en envoyant des semences dans
l’espace sur des satellites ou dans des vaisseaux spatiaux.
Un autre outil précieux de l’amélioration génétique des cultures est la sélection effectuée à l'aide de
marqueurs moléculaires. Auparavant, le rétrocroisement et l’introgression se fiaient sur le criblage
phénotypique pour déterminer les plantes qui avaient les traits recherchés, mais cette approche peut
être lente, difficile et inefficace. Par exemple, si le trait recherché n’est pas évident jusqu’aux derniers
moments de la saison de croissance, comme la résistance accrue au gel, alors il faut faire pousser de
nombreuses plantes toute la saison afin de sélectionner les meilleures pour chaque génération de
rétrocroisement. Si le trait désiré dépend du milieu, comme la résistance à la sécheresse ou aux
insectes, il pourrait s’avérer difficile d’obtenir les bonnes conditions pour le criblage de chacune des
générations des cultures. La sélection effectuée à l'aide de marqueurs moléculaires est au fond un
raccourci moléculaire.
Les marqueurs d’ADN sont de courtes séquences nucléotidiques qui sont faciles à identifier en
laboratoire. Si un marqueur se trouve sur le même chromosome et près du gène désiré (ou même
dedans), on peut s’en servir comme « repère » pour indiquer la présence du gène sans criblage pour le
phénotype correspondant. Quand un marqueur se trouve assez près d’un gène et qu’ils sont presque
toujours transmis ensemble, cela s’appelle la liaison génétique. Une courte distance nucléotidique
entre les gènes ou marqueurs reliés signifie qu’il est peu probable qu’une recombinaison méiotique les
sépare. Les marqueurs d’ADN sont généralement décelés par réaction en chaîne de la polymérase
(PCR), qui est rapide, facile et convenable pour un criblage grande capacité à l’aide de dispositifs PCR
automatisés qui peuvent analyser des milliers d’échantillons individuels simultanément. Seul un
échantillon de tissu très petit est requis pour le criblage de marqueurs d’ADN. De plus, le prélèvement
d’un échantillon minuscule n’endommage pas la plante, donc il est possible de cribler les semis à un
stade précoce dans chaque génération de rétrocroisement afin d’identifier les plantes qu’il vaut la peine
de faire pousser (voir la figure 1).
Les marqueurs d’ADN peuvent aussi aider à pyramider les gènes ou à combiner plusieurs traits en un
seul génotype. Les tomates sont sensibles à un grand nombre de pathogènes, comme les virus, les
bactéries, les champignons et les nématodes. Plusieurs marqueurs d’ADN associés à des gènes de
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résistance naturels ont été identifiés dans le génome de la tomate. Le pyramidage de gènes de
résistance multiples effectué à l'aide de marqueurs moléculaires a permis de faire pousser des tomates
plus robustes.
Figure 1 : Rétrocroisement effectué à l'aide de marqueurs moléculaires.
Précisons que chaque barre verticale représente le génome entier d’une plante. Le trait de résistance au gel (RG) peut être criblé de
façon phénotypique seulement à la fin d’une saison de croissance, mais il existe un marqueur d’ADN relié au gène de RG que l’on peut
identifier par PCR. Pour faire déplacer le gène de RG dans la lignée élite établie, les semis de chaque génération de rétrocroisement
sont criblés par PCR pour le marqueur, indiquant la présence du trait de RG. Ceci peut améliorer grandement l’efficacité de la
procédure de rétrocroisement.
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